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| 我國超細微高嶺土的研究現狀 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-02-02 10:26:49 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）高嶺土是一種重要的粘土礦物，可被廣泛應用于很多領(lǐng)域。其可增大材料的體積、提高塑料的絕緣強度、電阻，增強對紅外線(xiàn)阻隔效果等。納米高嶺土作為化工添加材料，用于造紙、塑料及油漆行業(yè)，可顯著(zhù)提高產(chǎn)品的檔次，增加產(chǎn)品的附加值。高嶺土的超微細化是指使高嶺土粉體顆?；驈秃喜牧现械母邘X土顆粒粒徑達到1 0 0 n m 以下的工藝過(guò)程。
1 超微細高嶺土的特性
部分高嶺土礦中含有少量的蒙脫石、伊利石，還含有少量的石英、云母、方解石和有機質(zhì)；致密塊狀或疏松土狀；硬度在2左右；質(zhì)軟，有滑膩感。高嶺土的顏色多為白色，含雜質(zhì)時(shí)呈黃、灰或玫瑰色，單晶呈六方板狀或書(shū)冊狀。平行連生的集合體往往呈蠕蟲(chóng)狀或手風(fēng)琴狀。高嶺石原礦的顆粒緊密地呈面—面接觸，形成聚集體，而在超微細高嶺土的掃描電鏡照片中，晶片明顯分離為單個(gè)顆粒，具有較好的分散性。松散密度是指在自然堆積松散狀態(tài)下無(wú)壓實(shí)或敦實(shí)作用時(shí)單位體積超微細粉體的質(zhì)量。
利用化學(xué)方法處理的超微細高嶺土的松散密度一般在0.06～0.07g/cm3左右，而原礦直接超細粉碎所得超細粉體的松散密度約為0.2g/cm3左右。由此可見(jiàn)，化學(xué)表面處理可明顯消除顆粒的團聚，使超微細高嶺土顆粒得到高度分散，視密度大大降低。
超細粉體顆?；蚓奂w的顆粒粒度越大，視密度越大；粉體顆粒粒度或聚集體顆粒越小，視密度越小，其分散性則越好。比表面積是指表面積與體積之比，它與顆粒尺寸成反比。超微細高嶺土的表面原子百分數急劇增長(cháng)，表面效應不容忽略。超微細高嶺土比表面積與其顆?；蚱瑢又g存在的團聚有關(guān)。超微細高嶺土的比表面積為一般高嶺土的2～3 倍，片層的表面性能得到了大大的改善，同時(shí)也提高了其分散性。
2 超微細高嶺土的制備
超微細高嶺土的制備在我國最主要的幾種方法是機械粉碎法、插層法、分級法、化學(xué)合成法和一些表面改性的方法。
2.1 機械粉碎法
采用粉碎方法制備超細高嶺土是比較常用的方法之一，這種方法制備的超細高嶺土已經(jīng)在很多的行業(yè)得到了應用。機械粉碎法制備超細高嶺土工藝的方法較多，但是基本原理單一，工藝簡(jiǎn)單，效率在一定的條件下比較高，但是在制備的過(guò)程中一定要把握好度，在粉碎過(guò)程中，如果超過(guò)一定的時(shí)間會(huì )出現團聚現象。另外，這種方法耗能較大，不能達到節能的目的。
在我國粉碎界的主要理論就是三大功耗學(xué)說(shuō)，現在機械粉碎的新觀(guān)念是進(jìn)一步研究破碎過(guò)程的能量消耗，分析物料在粉碎過(guò)程中的變化過(guò)程，以致研究出更適合的超細粉碎機械。新型破碎機主要有外動(dòng)顎式破碎機、振動(dòng)顎式破碎機、雙腔顎式破碎機、雙作用筒擺式顎式破碎機、雙腔回轉式破碎機、圓錐破碎機、錘式破碎機、立軸式?jīng)_擊粉碎機及其他新機種。
新的粉碎方法主要有等離子粉碎、控溫粉碎、柔性粉碎。然而，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及為適應不同領(lǐng)域的應用要求，超細化高嶺土的粉碎設備最典型的有輥式粉碎機、球磨機、介質(zhì)攪拌式研磨機、氣流式粉碎機和超聲粉碎機。這些設備都是借用了高嶺土的結構特性(高嶺土屬于層狀硅酸鹽)，在外力的作用下，層與層之間的作用力就會(huì )被破壞，從而使得高嶺土變成很小的顆粒，達到超細化的最終目的。
可以看出超細粉體制備機械在近幾年來(lái)沒(méi)有大的發(fā)展，但除了粉碎機械以外，更多的研究者與制造商開(kāi)始關(guān)注有關(guān)分級、過(guò)濾、干燥、造粒等方面機械設備的研究與開(kāi)發(fā)。想通過(guò)這些手段使高嶺土進(jìn)一步超細化。
梁宗剛等應用BMP-500型用95瓷襯內筒加高分子耐磨剝盤(pán)制得5μm 以?xún)鹊拿合蹈邘X土顆粒。這種設備結構簡(jiǎn)單，需要的配套設備少，耗能低，產(chǎn)量大，粒度分布效果好，適合大規模生產(chǎn)。
邵亞平等介紹了由江蘇宜興明興粉體機械有限公司研發(fā)生產(chǎn)的YMP1000B拉桿式磨粉機應用在高嶺土原礦超細粉碎上，先利用G D L ?；褵隣t進(jìn)行煅燒，利用該設備進(jìn)行打散，整個(gè)過(guò)程比較簡(jiǎn)單、高效、可靠，可以得到1 250目以上的超細高嶺土，而且其產(chǎn)量比較大。
李三華等使用立式攪拌磨對煤系高嶺土進(jìn)行了濕法超細研磨，同時(shí)在研磨的過(guò)程中使用不同的化學(xué)試劑作為助磨劑，得出了使用六偏磷酸鈉作為助磨劑時(shí)，一次性可以制得粒徑小于2μm 的超細粉體。利用分級技術(shù)也可以得到超微細化的高嶺土。
李啟成等采用離心分級機對高嶺土進(jìn)行了超細分級實(shí)驗，通過(guò)對給料濃度和分離因數的控制，得出最佳的實(shí)驗條件范圍，從而得到了2μm 粒級含量在85%以上的超微細高嶺土。
2.2 插層—剝離法
插層法是目前最有希望也是最有效的制備納米級高嶺土的方法。高嶺土的主要化學(xué)成分高嶺石的結構單元是通過(guò)一層鋁氧八面體的羥基和一層硅氧四面體的氧原子形成氫鍵而結合，有些小分子能夠破壞其層與層之間的氫鍵。插入其層間，撐大了其層間距使其剝離，這種方法也叫做插層—剝離法。
在插層過(guò)程中，有機分子在層間的排列趨向更加有序，在熱力學(xué)上為熵減過(guò)程，因此插層過(guò)程在熱力學(xué)上是不利的，需要一定的條件才能進(jìn)行。高嶺石層間缺乏可交換的陽(yáng)離子，層間域兩面原子的不對稱(chēng)分布使層間顯極性，因此只有極性強的有機小分子才能直接插入高嶺石層間并與之發(fā)生相互作用，撐開(kāi)高嶺石片層。
夏華等以高嶺土/ 甲醇插層復合物作為中間體，采用“取代法”將吡啶插入到高嶺土層間。研究表明當用甲醇和吡啶的混合溶液處理高嶺土/ 甲醇插層復合物時(shí)，高嶺土的層間距進(jìn)一步增大到1.22nm。
陳潔渝等采用研磨及在95～100℃保溫，相對以往利用飽和醋酸鉀溶液浸泡插層，不但降低了醋酸鉀的用量，而且加快了插層反應速率，并可促進(jìn)高嶺土的剝離。醋酸鉀/ 高嶺石插層復合物不穩定，沖洗后插層復合物結構坍塌，利用其不穩定性，可制備超細高嶺土。
李憲洲等以高嶺土為原料，50%的水合肼為插層劑，采用直接液相插層法，制備出肼高嶺土插層材料。研究表明：插層中肼分子中的NH基和高嶺石表面羥基之間產(chǎn)生了N - H - O H 作用，形成了新的氫鍵。并且得出結論：直接插層反應按放熱過(guò)程進(jìn)行，插層分子與高嶺土分子之間的相互作用程度是決定插層成功的關(guān)鍵。高嶺土插層一般都采用傳統的浸泡法，如果想使插層率達到9 0 % 以上，常溫下需要將高嶺土在液體中浸泡很長(cháng)時(shí)間，或是在80℃
下攪拌40h。
韓世瑞等利用超聲這一特殊的能量形式和誘導產(chǎn)生的化學(xué)反應，有效地改變傳統的插層高嶺土費時(shí)、低效率的缺陷。把原來(lái)兩個(gè)月或幾十個(gè)小時(shí)的時(shí)間縮短到3～4h，大大提高了效率；同時(shí)插層的效果也達到較好的程度，插層率提高到了90%左右。
孫嘉等通過(guò)對高嶺石在微波輻照下用醋酸鉀、尿素、二甲亞砜插層劑分別插層的紅外光譜及XRD 圖譜的分析比較，發(fā)現微波對小尺寸、大偶極距的二甲亞砜類(lèi)分子的插層效果有很明顯的促進(jìn)作用。對小偶極距的醋酸鉀，尿素類(lèi)分子的作用則不明顯。這是微波對高嶺石、插層劑以及水的熱效應與非熱效應綜合作用的結果。利用微波對二甲亞砜類(lèi)分子插層的促進(jìn)作用，可以快速合成高嶺石二甲亞砜類(lèi)有機插層復合體，為工業(yè)生產(chǎn)高嶺石有機插層復合材料，以及制造超細甚至納米級高嶺土打下基礎。
閻琳琳等采用插層法和超聲法相結合的方法對高嶺土進(jìn)行剝片，選用三種插層劑進(jìn)行插層，尿素、醋酸鉀和DMSO(二甲基亞砜)分別采用飽和溶液浸泡法、吸潮法和微波插層法，先制備出高嶺土的插層復合物，再對其進(jìn)行超聲處理。得知采用醋酸鉀插層做插層劑時(shí)效果顯著(zhù)。高嶺石/ 醋酸鉀復合物進(jìn)行超聲剝片后，顆粒明顯變小，片層明顯變薄。高嶺土剝片后保持了原來(lái)的晶體形狀，但無(wú)序度增大，晶體厚度40～50nm，基本可以滿(mǎn)足納米化剝片的要求。
2.3 分級法
由斯托克斯法則可以知道，從微粒的沉降深度可以判斷出某一沉降范圍內微粒的大小，將高嶺土在液體中沉降可得到超微細高嶺土，我們可以對顆粒的細度進(jìn)行估算。但這種方法的成本較高，產(chǎn)出率很低，不適合在工業(yè)上的廣泛應用。
2.4 化學(xué)合成法
化學(xué)合成法采用鋁土礦的堿溶出物偏鋁酸鈉和泡花堿酸化脫鈉產(chǎn)物酸性硅溶膠為原料通過(guò)一系列方法得到超微細合成高嶺土。其高純度、懸浮穩定性、光散射性，同時(shí)其他性能俱佳，但是其合成的成本較高。
3 結語(yǔ)
超微細高嶺土的研究在我國發(fā)展較快，經(jīng)過(guò)不同的方法研究現在已經(jīng)可以得到在幾十納米范圍之內的超細化高嶺土。高嶺土的插層復合材料研究也是現在的一個(gè)熱點(diǎn)，同時(shí)可以通過(guò)插層得到更加微細的高嶺土。越是超細化的高嶺土，它的應用領(lǐng)域將越廣泛，對基料性能的提高越明顯。
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