高嶺土的理化性能是進(jìn)行表面改性的基礎(chǔ)

 　　高嶺土的理化性能是進(jìn)行表面改性的基礎(chǔ)，特別是表面官能團(tuán)，決定著高嶺石在一定條件下的吸附特性、化學(xué)反應(yīng)活性、電性和潤濕性等。由于礦物顆粒表面能高、親水疏油，與表面能低、親油疏水的聚合物基體的界面性質(zhì)不同，二者兼容性差，因此難以均勻分散其中，直接充填很容易發(fā)生團(tuán)聚;另一方面，填料與有機(jī)高分子之間的界面結(jié)合力較弱，過量的填充會(huì)影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。

　　高嶺土粉體經(jīng)過表面改性后，能達(dá)到疏水、降低表面能、改善其分散性和與高聚物基料的兼容性，以達(dá)到提高塑料、橡膠等高聚物基復(fù)合材料綜合性能的目的。

　　1、高嶺土表面改性方法

　　高嶺土常用的表面改性劑主要有硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)硅(油)或硅樹脂、表面活性劑及有機(jī)酸等。用途不同，所選用的表面改性劑的品種和配方也有所不同。表面改性劑的種類、用量和使用方法直接影響著表面改性的效果。如果僅從表面改性劑分子與無機(jī)粉體表面相互作用的角度來考慮，當(dāng)然是二者之間的相互作用越強(qiáng)越好，但是在實(shí)際操作中，還必須綜合考慮改性產(chǎn)品的成本、應(yīng)用目的等因素。

　　例如，當(dāng)煅燒高嶺土改性后用做電纜絕緣橡膠、塑料的填料時(shí)，就需要考慮表面改性劑的介電性能及體積電阻率;如果改性高嶺土是用做橡膠的補(bǔ)強(qiáng)填料，在選擇改性劑時(shí)，不但要考慮改性劑與高嶺土的黏結(jié)強(qiáng)度，而且還需要考慮改性劑分子與橡膠大分子之間的結(jié)合強(qiáng)度，只有使二者均達(dá)到最優(yōu)，才是改性效果最好的表面改性劑。

　　(1)硅烷偶聯(lián)劑的表面改性機(jī)理。硅烷偶聯(lián)劑是高嶺土填料最常用和最有效的表面改性劑。處理工藝比較簡單，一般是將高嶺土粉和配置好的硅烷偶聯(lián)劑一起加入改性機(jī)中進(jìn)行表面包覆處理。工藝可以連續(xù)進(jìn)行，也可以批量進(jìn)行。

　　影響最終處理效果的因素主要是高嶺土粉的粒度、比表面積及表面特性(表面官能團(tuán)及活性)、硅烷偶聯(lián)劑的品種、用量、用法、改性設(shè)備的性能以及表面改性處理的時(shí)間、溫度等。

　　(2)用于電線電纜填料(如聚氯乙烯)的高嶺土除了硅烷偶聯(lián)劑之外，還常利用1%-3%的硅油進(jìn)行表面改性，改性工藝過程和設(shè)備與用硅烷偶聯(lián)劑相似。

　　經(jīng)硅油處理后的煅燒高嶺土粉，用做電線電纜的填料，不僅可以提高電纜的機(jī)械物理性能，而且還可以改善或提高電纜的電絕緣性能和疏水性能，在潮濕和寒冷環(huán)境下的電絕緣性能提高顯著。

　　(3)采用不飽和有機(jī)酸，如乙二酸、癸二酸、二羧基酸等也可用于胺化后的高嶺土粉體的表面改性，這種改性高嶺土可用做尼龍66等的填料。

　　(4)陽離子表面活性劑，如十八烷基胺等也可用于高嶺土粉體的表面改性。其極性基團(tuán)通過化學(xué)吸附和物理吸附與高嶺土顆粒表面作用。經(jīng)有機(jī)胺改性后的高嶺土表面疏水性增強(qiáng)。

　　(5)無機(jī)表面改性劑二氧化鈦、碳酸鈣、硫酸鈣等也可以用于煅燒高嶺土的表面改性。改性方法是在水溶液中的表面沉淀反應(yīng)，改性產(chǎn)物經(jīng)洗滌、過濾和干燥后即得表面二氧化鈦包膜的煅燒高嶺土。

　　表面改性劑的使用方法也非常重要，使用方法得當(dāng)，不僅可以提高表面改性效果，而且還會(huì)減少用量，降低生產(chǎn)成本。在對(duì)粉體進(jìn)行表面改性時(shí)，可以通過添加適量的溶劑、稀釋劑以及采用乳化、噴霧等方法以保證改性劑在物料的表面均勻分散，提高改性劑在粉體中的分散度。

　　對(duì)于特定的應(yīng)用目的，有時(shí)需要采用兩種偶聯(lián)劑進(jìn)行混合改性，利用它們的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行改性，會(huì)取得意想不到的良好效果，但是應(yīng)該注意兩種改性劑的使用方法和添加順序。

　　2、表面改性工藝

　　高嶺土的表面化學(xué)改性主要是采用預(yù)處理法，工藝方法一般有3種：濕法、半干法和干法。

　　(1)濕法工藝由于需要制漿、脫水和干燥等過程，工藝復(fù)雜，特別是脫水過濾，如果礦物顆粒粒徑小于1250目，將極為困難和復(fù)雜。

　　(2)半干法改性工藝是在攪拌器中邊攪拌粉體，邊將適量的水、改性劑及其助劑的混合物加入，同時(shí)加熱到一定溫度，反應(yīng)一定時(shí)間后即完成改性劑與礦物粉體的偶聯(lián)作用。反應(yīng)后的產(chǎn)物呈非常薪稠狀態(tài)，再經(jīng)稍微干燥即得改性產(chǎn)品。半干法工藝省去了脫水過程，因此生產(chǎn)效率較高。

　　由于在濕法和半干法工藝中加入了較多的水、偶聯(lián)劑和助劑的混合物，再通過攪拌混合，粉體顆粒很容易全部與偶聯(lián)劑分子接觸，從而使改性劑分子容易均勻地包覆在顆粒表面。所以這兩種工藝所需攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速不要求很高，設(shè)備造價(jià)比較低。

　　(3)干法改性工藝是將偶聯(lián)劑及其助劑用微量的稀釋劑稀釋后，在改性機(jī)中，邊攪拌邊將其加入，或利用噴霧的方法加入，同時(shí)加熱到一定溫度，反應(yīng)一定時(shí)間后完成偶聯(lián)作用，得到改性產(chǎn)品。高嶺土干法改性工藝對(duì)技術(shù)和設(shè)備要求比較高。該工藝完全省去了脫水和干燥過程，改性工藝簡單。推薦閱讀：為什么高嶺土粉體需要表面改性?