滑石是一種常見(jiàn)的層狀硅酸鹽礦物，具有質(zhì)軟、滑膩感等特點(diǎn)，可廣泛應用于造紙、塑料、橡膠、電纜、陶瓷、油漆、涂料、建材等工業(yè)領(lǐng)域?；圩鳛闊o(wú)機填料與有機高聚物分子材料之間在化學(xué)結構和物理形態(tài)上有著(zhù)很大的差異，缺少親和性，使之滑石粉與聚合物之間混合不均勻、粘合力弱，導致制品的力學(xué)性能降低。為此，必須對滑石粉進(jìn)行表面改性處理，
對礦物進(jìn)行超細粉碎-表面改性處理，可大大簡(jiǎn)化礦物加工的工序和流程，是目前非金屬礦物加工研究的熱點(diǎn)。
1、試驗內容
?。?）原料和試劑
滑石粉：粒徑0.025mm，河南南陽(yáng)方城滑石；鈦酸酯偶聯(lián)劑HY13C。
?。?）試驗方法
稱(chēng)取一定量的滑石在籃式研磨機內配成濃度為8.33%的礦漿，磨機轉速為1000r/min，超細粉碎3h后過(guò)濾、洗滌、烘干、研磨用；采用相同的方法，將5%的鈦酸酯偶聯(lián)劑添加到礦漿中進(jìn)行超細粉碎-表面改性，過(guò)濾、洗滌、烘干、研磨。
?。?）性能測試
取一定量的滑石原料、滑石超細粉碎樣品、超細粉碎-表面改性的改性樣品，分別采用激光粒度儀進(jìn)行粒度分布測定、活化指數測定、接觸角測定、熱分析和紅外光譜分析。
2、試驗結果討論
?。?）粒度分析
圖1 滑石的粒度分布
由上圖可知，滑石原料的d50為13.56μm，經(jīng)超細粉碎處理后的d50為6.967μm，經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑HY13C進(jìn)行超細粉碎-表面改性后的d50為6.192μm，較改性之前粒度變小，這是因為往體系中加入鈦酸酯偶聯(lián)劑后，降低了界面的張力，根據Gibbs吸附定理，在界面上發(fā)生吸附而形成膜包顆粒，從而增大位阻斥力，使顆粒分散，從而提高磨礦效率，同時(shí)，改性后的滑石顆粒表面能增大，可作為填料使用。
?。?）活化指數分析
超細粉碎-表面改性后的改性滑石與改性前相比，活化指數從0提高到88%，活化指數得到顯著(zhù)提高，這是由于鈦酸酯偶聯(lián)劑的疏水基團以化學(xué)鍵的方式與滑石表面的羥基結合，從而提高了滑石在水中的表面張力。
?。?）接觸角分析
圖2 滑石粉改性前后接觸角
如上圖所示，改性前后的滑石接觸角分別為43.5°和128.5°，改性后的接觸角明顯增大，表面活性大大提高，這是由于鈦酸酯偶聯(lián)劑滑石粒子表面發(fā)生偶聯(lián)，使滑石粒子由親水性變?yōu)槭杷浴?br />
?。?）熱分析
圖3 滑石熱分析結果
由上圖（a）所示，未改性的滑石在517.3℃時(shí)開(kāi)始失重，到868.2℃結束，期間出現一個(gè)明顯的吸熱峰，這主要是由于滑石內的白云石成分受熱分解所致，經(jīng)TG分析，燒失量達23.72%。
由上圖（a）和圖（b）可知，滑石經(jīng)超細粉碎-表面改性一體化處理后的熱失重曲線(xiàn)和超細粉碎后的熱失重曲線(xiàn)并不相同，改性滑石在223.5℃到556.6℃間出現失重，且出現一個(gè)持續的放熱峰，這是由于鈦酸酯偶聯(lián)劑的熔化和分解，失重含量約為3.45%，而在超細粉碎-表面改性試驗中，添加改性劑的含量為5%，改性劑的有效利用率達到了69%，由上圖（c）可知，超細粉碎-表面改性處理后的滑石產(chǎn)品經(jīng)乙醇充分洗滌2次，第一次的失重和圖（b）相比幅度略小，主要失重約為2.64%，僅有0.81%的改性劑被乙醇洗滌掉，損失量較小，由此可見(jiàn)，鈦酸酯偶聯(lián)劑HY13C偶聯(lián)強度十分牢固，這主要受化學(xué)鍵合作用的影響。
?。?）紅外光譜分析
圖4 滑石紅外光譜圖
滑石超細粉碎（a）、超細粉碎-表面改性一體化處理（b）、改性后經(jīng)乙醇充分洗滌2次烘干后(c)
滑石的結構單元層是上下兩層為彼此相對的硅-氧四面體，中間夾層為鎂-氧八面體。由a曲線(xiàn)可知，3673.2cm-1為O-H的伸縮振動(dòng)吸收帶，1009.1cm-1為Si-O伸縮振動(dòng)吸收帶，也是最強的吸收峰，667.0cm-1為O-H彎曲振動(dòng)吸收帶，447.6cm-1為硅-氧的變形彎曲振動(dòng)，這些波數均為滑石粉的主要特征基團，而1429.4cm-1為白云石中碳酸根的非對稱(chēng)伸縮振動(dòng)頻率，876.6cm-1和728.5cm-1為碳酸鈣的特征吸收峰，而碳酸鈣又是白云石的主要成分。
由b曲線(xiàn)和c曲線(xiàn)可知，在經(jīng)改性后的滑石粉的紅外光譜圖上出現了明顯的偶聯(lián)劑特征峰，峰位置為2917.2cm-1為甲基不對稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收帶、2849.9cm-1為亞甲基對稱(chēng)伸縮振動(dòng)吸收帶，改性滑石粉經(jīng)醇洗2次后的偶聯(lián)劑特征峰幾乎不變，這說(shuō)明改性滑石粉表面經(jīng)醇洗后偶聯(lián)劑分子仍然存在，且結合較牢固，這是因為鈦酸酯偶聯(lián)劑屬于單烷氧基型鈦酸酯，由于異丙氧基團與滑石粉表面的羥基會(huì )發(fā)生水解反應，形成偶聯(lián)。
3、結論
?。?）滑石超細粉碎后，d50為6.967μm，經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑HY13C超細粉碎-表面改性后，d50下降為6.192μm。
?。?）經(jīng)超細粉碎-表面改性一體化處理的滑石活化指數由0提高到88%，與有機物的相容性大大提高?；男院蟮慕佑|角由43.5°增大到128.5°，表面活性明顯得到提高。
?。?）由TG-DTA和紅外光譜綜合分析，鈦酸酯偶聯(lián)劑HY13C對滑石的改性是由于異丙氧基團的存在與滑石粉表面的羥基會(huì )發(fā)生水解綜合反應，形成偶聯(lián)，結合能力強。
（摘自：低品位滑石超細粉碎-表面改性一體化研究，作者：李鵬舉）
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