高嶺土表面改性及技術(shù)加工現(xiàn)狀！

質(zhì)純的高嶺土質(zhì)軟，有滑膩感，硬度??；密度為2.4-2.6g/cm3；耐火度高達(dá)1700-1790℃；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和絕緣性。純凈高嶺土或煅燒后原色的潔白度可達(dá)到80%-90%。高嶺土具有分散、可塑、結(jié)合、燒結(jié)、可選、吸附等特殊的物化特性及工藝性能，用途很普遍。其主要用途是用于工業(yè)陶瓷、日用陶瓷、搪瓷及耐火材料，也可作為涂料、塑料和橡膠、醫(yī)藥、造紙、和國(guó)防等行業(yè)的填充料。

許多應(yīng)用領(lǐng)域都對(duì)高嶺土的表面或界面性質(zhì)有特殊要求，為了滿足應(yīng)用要求必須對(duì)其進(jìn)行表面改性。表面改性是高嶺土非常重要的深加工改性方法之一，是指根據(jù)應(yīng)用的需要，對(duì)高嶺土表面進(jìn)行物理、化學(xué)或機(jī)械方法處理，以達(dá)到提高高嶺土的白度、亮度、表面活性或改善與聚合物相容性等目的。

鍛燒改性是指高溫鍛燒高嶺土，將高嶺土表面的部分或者全部的羥基脫除，獲得特殊的表面性質(zhì)，使得高嶺土的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，由有序的片晶體結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o(wú)序的高嶺土。煅燒使高嶺土脫去水和揮發(fā)性物質(zhì)，其目的在于提高高嶺土的純度、白度。

偶聯(lián)劑處理是利用高嶺土表面的活性基團(tuán)與偶聯(lián)劑間的相互作用，從而達(dá)到改變高嶺土表面性質(zhì)的目的。偶聯(lián)劑處理通常有濕法處理和干法處理兩種處理方法。偶聯(lián)劑改性作用機(jī)理是偶聯(lián)劑經(jīng)水解后形成一種同時(shí)含有親水基團(tuán)（通常為Si-OH）和疏水基團(tuán)的兩性物質(zhì)，高嶺土顆粒表面基團(tuán)可與親水基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成共價(jià)鍵，而疏水基團(tuán)則可與聚合物相結(jié)合，或兩種反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行生成更穩(wěn)固的化學(xué)鍵，從而達(dá)到改性目的。

1.2.1  硅烷偶聯(lián)劑改性

有機(jī)官能團(tuán)部分和樹(shù)脂、橡膠等聚合物反應(yīng)形成化學(xué)鍵；亞烷基將有機(jī)官能團(tuán)部分和硅酯基部分連接起來(lái)；硅酯基水解后生成的硅醇基與無(wú)機(jī)填料的表面化合物結(jié)合形成化學(xué)鍵。主要反應(yīng)如下:

整體來(lái)看，硅烷偶聯(lián)劑充當(dāng)了“橋梁”的作用，使得有機(jī)母體與無(wú)機(jī)粉體以化學(xué)鍵的方式牢固地結(jié)合在一起。

1.2.2  鈦酸酯偶聯(lián)劑

鈦酸酯偶聯(lián)劑迄今已發(fā)展到60多種，可分為單烷氧基焦磷酯基型、單烷氧基型、配位型和螯合型四大類，其中前三種類型適合應(yīng)用于高嶺土的改性。其中單烷氧基型鈦酸酯偶聯(lián)劑適用范圍廣，具有多種功能，主要適用在處理干燥的煅燒高嶺土?xí)r；含水較多的高嶺土粉體表面改性可用含有乙醇螯合基的單烷氧基焦磷酸酯基型鈦酸酯偶聯(lián)劑；配位型鈦酸酯偶聯(lián)劑多數(shù)不溶解于水，耐水性好，而且不發(fā)生酯交換反應(yīng)，可適用于改性多種類型的煅燒高嶺土。

一般來(lái)說(shuō)，在煅燒高嶺土的表面改性中鈦酸酯偶聯(lián)劑不適合單獨(dú)使用，主要配合硅烷偶聯(lián)劑使用，才會(huì)獲得較好的改性效果。所以鈦酸酯偶聯(lián)劑可作為高嶺土的輔助偶聯(lián)劑。

此法是較早使用且操作簡(jiǎn)便的傳統(tǒng)改性方法，適用于使用條件不高的高嶺土。原理是通過(guò)物理吸附或化學(xué)吸附的方式，在高嶺土表面包覆一層有機(jī)或無(wú)機(jī)聚合物而達(dá)到表面改性的目的。

此法是化學(xué)反應(yīng)法，指改性劑與高嶺土表面羥基基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生疏水基或者進(jìn)一步產(chǎn)生疏水基團(tuán)，引起表面性質(zhì)發(fā)生改變，既降低了表面能又改善了高嶺土的疏水性和反應(yīng)活性。

插層改性方法是利用層狀結(jié)構(gòu)粉體顆粒晶體層間較弱的結(jié)合力或者層間含有可交換的陽(yáng)離子等特性，采用化學(xué)反應(yīng)或離子交換等方法改變粉體的層間和界面性質(zhì)。高嶺土不可進(jìn)行陽(yáng)離子交換，但高嶺土層間存在易形成氫鍵的-OH和Si-O鍵，層間距較小，只允許部分極性小分子通過(guò)，可以將這些極性小分子插入高嶺土層間并破壞其氫鍵，撐大層間距，使層間的親水性變?yōu)槭杷?，有利于其它有機(jī)物大分子通過(guò)置換過(guò)程進(jìn)入，使得高嶺土以納米尺度的剝離狀態(tài)分散到各種基體中。

機(jī)械力化學(xué)改性法實(shí)質(zhì)上是借助機(jī)械顆粒和表面改性劑發(fā)生作用，達(dá)到將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的目的，可通過(guò)強(qiáng)機(jī)械力攪拌、沖擊、研磨等方法實(shí)現(xiàn)。

高嶺土經(jīng)改性后，改善了與有機(jī)高分子材料的交聯(lián)性，提高了分散性，增加了承受外界負(fù)荷的有效截面積，從而增強(qiáng)了有機(jī)高分子材料制品的力學(xué)性能，同時(shí)提高了材料的功能性，擴(kuò)大了高嶺土的應(yīng)用范圍。改性高嶺土的應(yīng)用十分普遍，特別是在涂料、塑料、橡膠等行業(yè)占有一定的地位。

在涂料工業(yè)中，經(jīng)常使用的兩大類高嶺土：一是水洗超細(xì)高嶺土，一是煅燒超細(xì)高嶺土。由于改性高嶺土的改性劑主體具有優(yōu)良的耐高低溫、耐紫外線、耐氧化降解以及電絕緣等性能，加之煅燒高嶺土的物化特性，用于耐候、耐熱、電絕緣、隔離涂料及外墻涂料中，均可對(duì)這些產(chǎn)品的特殊性能要求起到一定作用。在其它涂料中應(yīng)用，也可對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量的提高起到很好的作用。

高嶺土在塑料工業(yè)中可替代重質(zhì)CaCO₃作為聚氯乙烯、聚丙烯、尼龍、聚酯、酚醛樹(shù)脂等塑料的填充料，用來(lái)制造塑料水管、塑料地板等。

高嶺土作為填料,可提高橡膠制品的檔次。這是因?yàn)樵谙鹉z中摻入粉狀高嶺土后,形成有機(jī)高聚物（橡膠）—無(wú)機(jī)物（高嶺土）復(fù)合材料,它能改善橡膠制品的物理化學(xué)性能,如可提高橡膠制品的力學(xué)強(qiáng)度、耐磨性、耐酸堿腐蝕性、穩(wěn)定性以及改善膠料的加工性能（如包輥性、吃粉速度、壓延壓出等）。提升性能的同時(shí),可明顯降低橡膠制品的成本,提高經(jīng)濟(jì)效益。

在高嶺土改性的各方面研究，國(guó)內(nèi)外都很深入,各種改性方法不斷改善,但仍然存在幾個(gè)問(wèn)題：

根據(jù)以上問(wèn)題,從提高材料物性和質(zhì)量、減少成本和降低能源消耗等多方面綜合考慮,高嶺土改性應(yīng)在以下方面進(jìn)行深入研究：