煅燒高嶺土的表面改性是一種非常重要的深加工手段，也是擴大煅燒高嶺土應用領(lǐng)域和提高有機高分子制品質(zhì)量的一條十分有效的途徑。
　　對煅燒高嶺土進(jìn)行表面改性，是要改變高嶺土粉體顆粒界面的性質(zhì)，改善煅燒高嶺土與有機高分子材料的親合性，提高在有機高分子材料中的分散性，增強制品的多種性能，起到功能性的作用，增加煅燒高嶺土的填加量，提高產(chǎn)品檔次，降低高分子制品的成本。
 
1、煅燒高嶺土如何選擇表面改性劑？
 
　　煅燒高嶺土的表面改性是根據應用的需要，將其表面原有的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改變。即是利用表面化學(xué)的方法，將有機物分子的官能團在煅燒高嶺土顆粒表面產(chǎn)生吸附作用或化學(xué)反應，對顆粒表面進(jìn)行包覆，使煅燒高嶺土的表面有機化，便于與有機高分子材料的結合。
　　煅燒高嶺土表面改性主要使用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸脂偶聯(lián)劑、鋁酸脂偶聯(lián)劑等。
 
（1）硅烷偶聯(lián)劑
 
　　硅烷偶聯(lián)劑具有品種多、結構復雜、用量少而效果顯著(zhù)、用途廣泛的特點(diǎn)。硅烷偶聯(lián)劑是一類(lèi)分子中同時(shí)含有兩種不同性質(zhì)基團的有機硅化合物，可以用以下通式表示：YSiX3，其式中X3是水解基團，一般是烷氧基，這類(lèi)基團水解后生成Si-OH，可與煅燒高嶺土顆粒表面產(chǎn)生化學(xué)反應，形成氫鍵，并縮合成共價(jià)鍵。由于氫鍵和共價(jià)鍵是遠比范德華力強的界面作用力，而且硅烷偶聯(lián)劑與煅燒高嶺土粉體間的界面總鍵能要遠遠高出單純的物理吸附。因此呈現出對煅燒高嶺土粉體界面有很強的附著(zhù)力。
　　在此期間硅烷偶聯(lián)劑各分子間的Si-OH相互縮合，齊聚形成網(wǎng)狀結構的膜，覆蓋在高嶺土粉體顆粒的表面，并外露有Y反應活性的官能團。這些反應活性官能團可與有機高分子材料等發(fā)生鍵合作用，使煅燒高嶺土與有機高分子基料之間產(chǎn)生強有力的交聯(lián)，形成牢固的化學(xué)鍵。
　　當前，已商品化的硅烷偶聯(lián)劑已有近百種，在無(wú)機粉體顆粒的表面改性中常用的是乙烯基硅烷、氨基硅烷、環(huán)氧基硅烷、羧基硅烷、甲基硅烷等。硅烷偶聯(lián)劑是合成的，一般是硅原子上有可水解基團的合成和硅原子上有官能團的合成。無(wú)機粉體表面改性常用的硅烷偶聯(lián)劑采用的是后者的合成方法。
　　硅烷偶聯(lián)劑的選擇是煅燒高嶺土表面改性的關(guān)鍵技術(shù)。由于硅烷偶聯(lián)劑的水解速度取決于硅官能團，而與有機高分子材料的反應活性則取決于碳官能團。選擇的方法主要是通過(guò)試驗預選，并應在既有經(jīng)驗或規律的基礎上進(jìn)行。由于各種材料的潤濕，表面界面層及極性吸附、酸堿的作用、共價(jià)鍵的反應等因素的不同，因而，光靠試驗預選有時(shí)還不夠，還需綜合考慮材料的組成及其對硅烷偶聯(lián)劑反應的敏感度等。
　　硅烷偶聯(lián)劑的使用效果，與硅烷偶聯(lián)劑的種類(lèi)及用量、基材的特性、樹(shù)脂或聚合物的性質(zhì)以及應用的場(chǎng)合、方法及條件等有著(zhù)密切的關(guān)系。對特殊要求的產(chǎn)品要選擇兩種以上的偶聯(lián)劑，配制成復合偶聯(lián)劑。也可以根據材料的性能和技術(shù)的要求等，分別加入一定量的助劑或其他的改性劑，配合硅烷偶聯(lián)劑對煅燒高嶺土進(jìn)行更有效的表面改性。
　　硅烷偶聯(lián)劑的用量取決于煅燒高嶺土單位比表面積及硅烷偶聯(lián)劑所需覆蓋表面的量?？筛鶕男愿邘X土粉體的用量、比表面積及改性劑的最小包覆面積計算出。一般我們的經(jīng)驗用量是0.3%～1.5%。
 
（2）鈦酸脂偶聯(lián)劑
 
　　鈦酸脂偶聯(lián)劑分為單烷氧型、螯合型、配位型。單烷氧型的特點(diǎn)是含有多種功能，適用范圍廣，主要適用于處理干燥的煅燒高嶺土粉體。螯合型含有乙醇螯合基，適用于含水多的高嶺土粉體的表面改性。配位型耐水性好，多數不溶解于水，不發(fā)生酯交換反應，適用多種類(lèi)型的煅燒高嶺土改性。
　　在煅燒高嶺土的表面改性中，鈦酸脂偶聯(lián)劑一般不單獨使用，主要還是與硅烷偶聯(lián)劑混配使用，其效果比單一用鈦酸脂偶聯(lián)劑改性要好。
 
（3）鋁酸酯偶聯(lián)劑
 
　　鋁酸酯偶聯(lián)劑以前因易水解而很少使用。近年來(lái)廠(chǎng)家生產(chǎn)鋁酸酯采取了部分滿(mǎn)足中心鋁原子配位數的特殊結構，使鋁酸酯偶聯(lián)劑得到了很好的應用。
 
2、煅燒高嶺土如何選擇表面改性設備與工藝？
 
　　一般煅燒高嶺土的表面改性是以干法改性為主。干法改性成本低，工藝技術(shù)要求不復雜，改性效果能達到要求。目前國內表面改性的設備有高速捏合機和連續改性機，也可用高頻振動(dòng)研磨機等對煅燒高嶺土進(jìn)行表面改性。
 
（1）用高速捏合機改性
 
　　將煅燒高嶺土粉體加入到捏合機中，在攪拌葉片的高速旋轉運動(dòng)下，高速旋轉的料流撞擊到折流板上，改變物料流動(dòng)的方向，物料可旋轉式的上下轉動(dòng)，強化了物料的混合與分散效果，當磨擦升溫后，滴加助劑，調整煅燒高嶺土的表面性質(zhì)。當溫度繼續上升到90℃時(shí)，以霧化或滴加的方式加入改性劑，然后再進(jìn)行高速攪拌等工藝。
 
（2）用連續改性機改性
 
　　用SLG三筒連續改性機時(shí)將煅燒高嶺土和復合改性劑按一定比例分加，并以螺旋送料的方式進(jìn)入到改性腔中，煅燒高嶺土可在該段加熱。當物料進(jìn)入改性腔體后，在高速旋轉的轉子帶動(dòng)下，呈流化態(tài)旋轉，對煅燒高嶺土進(jìn)行充分的混合打散和強制表面改性。
　　PSC連續改性機是先將高嶺土在螺旋送料段加熱，然后用螺旋方式輸送到霧化腔體，將復合改性劑以霧狀與其他改性劑的霧化態(tài)加入，得以與加溫后的煅燒高嶺土充分的混合。然后進(jìn)入打散段，在攪拌棒的高速攪拌下，對物料進(jìn)行充分的打散和混合。
 
（3）用高頻振動(dòng)研磨機進(jìn)行表面改性
 
　　該設備是依靠激振器，使筒體內的介質(zhì)產(chǎn)生高頻率小振幅的振動(dòng)，由于振動(dòng)加速度比重力加速度大得多，使磨管內的介質(zhì)產(chǎn)生高強度的沖擊和旋轉運動(dòng)，并且高嶺土可以快速升溫，使物料在強力振動(dòng)和一定的溫度中能快速有效的被打散混合。該設備可將煅燒后的高嶺土的打散和表面改性一次完成，在打散的過(guò)程中即可進(jìn)行表面改性。
　　使用該設備前首先要調整好介質(zhì)的級配，當物料輸入磨機后經(jīng)振動(dòng)磨擦升溫，復合改性劑可在磨管的加液口處以霧化的方式按物料的流動(dòng)量，以一定的比例定量加入。也可在上、下磨管的加液口處，分別加入助劑和改性劑等。該設備的改性效果不但好，而且還可提高煅燒高嶺土的加工效率，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，降低煅燒高嶺土的改性成本，具有很好的應用價(jià)值。
　　不管選用什么樣的表面改性設備，一定要滿(mǎn)足煅燒高嶺土表面改性的工藝技術(shù)要求。首先要求設備能夠加熱，并能保溫，有打散功能，要根據改性劑與高嶺土反應機理的技術(shù)條件選擇理想的改性機。
 
3、煅燒高嶺土改性后應用效果如何？
 
　　經(jīng)表面改性后的煅燒高嶺土與有機高分子材料的交聯(lián)性有了改善，其分散得到了提高，承受外界負荷的有效截面得到增加，使有機高分子材料制品的力學(xué)性能等得到增強，功能性大大提高。
 
（1）改性煅燒高嶺土在涂料中的應用
 
　　無(wú)機填料一般在涂料液態(tài)有機相中的分散可分為潤濕，解聚及抗絮凝三個(gè)過(guò)程。
　　經(jīng)表面改性后的煅燒高嶺土由親水變?yōu)槭杷?、親油、低表面能、吸油量少、易被有機基料潤濕、不絮凝、易分散。由于其顆粒表面能的變化，吸油量的減少，降低了與涂料基料間的結構作用，使涂料的粘度降低，消除了高嶺土的絮凝，提高了分散性。同時(shí)也改善了涂料的流變性和防沉降。并且增加了改性高嶺土的添加量，更多的替代顏料等，節約樹(shù)脂基料，降低成本，這也適應環(huán)保的高固體涂料的要求。
　　由于改性高嶺土的改性劑主體是有機硅類(lèi)高分子材料，它們具有優(yōu)良的耐高低溫、耐紫外線(xiàn)、耐氧化降解以及電絕緣等性能。經(jīng)表面改性的煅燒高嶺土，用于耐候涂料、耐熱涂料、電絕緣涂料、隔離涂料中均可對這些產(chǎn)品特殊性能的要求起到一定的作用。
 
（2）改性高嶺土在塑料制品中的應用
 
　　在PVC塑料電纜中加入改性煅燒高嶺土，可提高電纜的體積電阻率，是PVC高壓電纜生產(chǎn)中不可缺少的一種功能性材料。
　　改性煅燒高嶺土填料加到農用PE塑料大棚膜中，可起到阻隔遠紅外線(xiàn)的作用。由于在農用塑料大棚膜中，夜間土壤的溫度高于棚內空間的溫度時(shí)，土壤將發(fā)出波長(cháng)7～14μm的遠紅外線(xiàn)，而填加改性高嶺土的大棚膜，可起到阻隔作用。
 
（3）改性煅燒高嶺土在橡膠制品中的應用
 
　　改性高嶺土在橡膠中的應用，一般都能起到半補強以上的效果，并有利于和膠料的交聯(lián)，其分散效果及硫化效率有明顯的改善，對其加工工藝有一定的提高，可增加高嶺土的填加量，起到提高質(zhì)量和降低成本的作用，是橡膠制品中比較理想的補強填料。
 
（4）改性煅燒高嶺土在其他方面的應用
 
　　改性煅燒高嶺土應用于絕緣材料行業(yè)中，可起到阻燃、提高電阻率、部分替代三氧化二銻。工業(yè)化生產(chǎn)應用阻燃效果能達到V0級。另外還能起到防沉降和降低成本的作用。
　　改性煅燒高嶺土填加到尼龍等工程塑料中，可使產(chǎn)品的尺寸穩定性、硬度、變形溫度等性能都有較大的提高，并可降低產(chǎn)品的成本。
 
4、煅燒高嶺土表面改性有哪些問(wèn)題需注意？
 
　　改性煅燒高嶺土粉體主要應用于涂料、塑料、橡膠等行業(yè)。但是這些高分子制品行業(yè)所用的有機原料、配方、加工工藝及技術(shù)性能的要求是不同的，這樣就給煅燒高嶺土的表面改性，以及高嶺巖粉的煅燒等提出了一些重要的要求。
 
（1）高嶺巖煅燒溫度的選擇
 
　　根據高嶺巖的煅燒工藝過(guò)程，在較低溫度煅燒時(shí)，高嶺土的活性比較高。在較高溫度煅燒時(shí)，可形成鋁尖晶石，并在一定溫度下有莫來(lái)石化產(chǎn)生，此時(shí)高嶺土的活性比較低，不能滿(mǎn)足一些有機高分子制品的需要。所以在不同的行業(yè)中應用，應選擇不同煅燒溫度的高嶺土，并根據不同的技術(shù)要求進(jìn)行表面改性。
　　例如：電纜用改性高嶺土就需要用低溫煅燒出的高嶺土，其表面活性好，在電纜中應用能起到很好的效果。涂料用改性高嶺土的煅燒溫度可以偏高，因為它主要是替代部分顏料，但也不能過(guò)高，產(chǎn)生莫來(lái)石化。
 
（2）助劑及偶聯(lián)劑的選擇
 
　　助劑和偶聯(lián)劑的選擇是煅燒高嶺土表面改性最重要的環(huán)節。一般煅燒高嶺土改性選擇的是硅烷類(lèi)和鈦酸脂類(lèi)的偶聯(lián)劑。
　　另外，煅燒高嶺土的表面改性，不僅僅只用偶聯(lián)劑來(lái)進(jìn)行表面改性，而應根據煅燒高嶺土的性質(zhì)及有機高分子制品的一些工藝技術(shù)要求加入一定量的助劑，配合偶聯(lián)劑進(jìn)行更有效的表面改性。
 
（3）表面改性工藝的選擇
 
　　不管選擇什么表面改性設備，都應有加熱裝置，在預熱時(shí)加入助劑，也可將兩種以上的偶聯(lián)劑及助劑復合后加入，也可將不同的偶聯(lián)劑和助劑分開(kāi)加入，加入的方法一定要以霧化法加入，并要保溫一定的時(shí)間和打散。
　　從21世紀開(kāi)始，有機高分子制品行業(yè)已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)的轉型和開(kāi)放階段。從數量主導型向質(zhì)量、品種、效益為主導的產(chǎn)業(yè)結構過(guò)渡，以達到產(chǎn)業(yè)開(kāi)放的目標。為此我們高嶺土行業(yè)也要面對現實(shí)，應圍繞有機高分子制品行業(yè)的發(fā)展方向，并與其產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)緊密結合，把高嶺土的表面改性向高質(zhì)量型、高技術(shù)型、高附加值以及多功能型轉化，將煅燒高嶺土的表面改性提高到一個(gè)更高的層次。
 
來(lái)源：煤系煅燒高嶺土的表面改性和應用效果及應注意的問(wèn)題
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
 

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