煤系高嶺土與普通高嶺土的區(qū)別、表面改性劑的選擇

關(guān)鍵詞：煤系高嶺土,普通高嶺土,表面改性劑

高嶺石礦物是1:1型層狀二八面體硅酸鹽礦物，其理想化學(xué)式為Al₄Si₄O₁₀（OH）₈，其晶體結(jié)構(gòu)中的羥基是主要的官能團和活性反應(yīng)點，非煅燒或非煤系中的軟質(zhì)高嶺土就是通過羥基與表面改性劑發(fā)生反應(yīng)達(dá)到表面改性目的。

煤系高嶺土與傳統(tǒng)的非煤系高嶺上在結(jié)構(gòu)及理化性能方面有很大區(qū)別，特別是煤系高嶺土煅燒以后，由于羥基的脫去，其表面改性機理與非煅燒高嶺土有很大不同，因而必須針對煅燒高嶺土自身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點，選擇有效的表面改性劑。下面賢集網(wǎng)小編詳細(xì)為大家介紹煤系高嶺土與普通高嶺土的區(qū)別及表面改性劑的選擇。

1、煤系高嶺土與普通高嶺土的區(qū)別

（1）表面官能團的不同

高嶺石煅燒后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，其晶體結(jié)構(gòu)中的羥基在550℃以上的煅燒溫度已經(jīng)脫失殆盡。羥基的脫去使高嶺石晶體顆粒與表面改性劑之間賴以反應(yīng)結(jié)合的“橋梁”不復(fù)存在，從而使煅燒高嶺土與非煤系軟質(zhì)高嶺土的改性機理和反應(yīng)過程完全不同。

高嶺石煅燒前后，其表面的官能團和活性反應(yīng)點已發(fā)生變化。煅燒前表面官能團和反應(yīng)活性點主要為羥基，其表面改性機理主要是通過高嶺石表面羥基與偶聯(lián)劑分子的水解基團形成氫鍵縮合。煅燒后高嶺石表面官能團和反應(yīng)活性點則主要為Si-O和Al-O鍵，因此應(yīng)選擇易與Si-O和Al-O鍵形成化學(xué)配位的表面改性劑。

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化

高嶺土煅燒后，除表面官能團發(fā)生變化外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，特別是當(dāng)煅燒溫度超過600℃后，高嶺土所有X射線衍射峰消失，紅外光譜的譜峰也發(fā)生遷移、合并，表現(xiàn)出煅燒高嶺土已處于一種無序的非晶質(zhì)相。

高嶺土的這種結(jié)構(gòu)無序化必將影響其理化性能，進而對高嶺土的表面改性工藝、機理及效果造成影響。

（3）表面酸堿度的變化

此外，高嶺土煅燒后表面酸堿度也發(fā)生變化，酸度增加。一般高嶺石的pH值在6-7之間，煅燒后在5.6-6.1之間。因此在改性過程中應(yīng)有目的地選擇呈弱堿性的表面改性劑，從而使兩者能夠有效地發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使表面改性劑分子偶聯(lián)在礦物表面。

（4）表面活性的變化

此外，煤系高嶺土煅燒后，由于失去羥基、表面存在大量的斷鍵等因素而顯示出極大的表面活性，表面能也相應(yīng)增加。

但高嶺土比表面積和表面能太高時易發(fā)生團聚現(xiàn)象，填充橡膠、塑料等有機高分子材料時不能均勻分散，反而不利于制品性能的提高。從這點來說，必須對煤系高嶺土進行表面改性，以降低其表面能。

2、煤系高嶺土表面改性劑的選擇

煅燒高嶺土改性后主要是作為橡膠、塑料、涂料的填料，常采用表面化學(xué)改性的方法，這也是目前無機填料或顏料最主要的表面改性處理方法。

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，但實際上，僅僅采用硅烷偶聯(lián)劑對煅燒高嶺土進行表面改性的效果并不十分理想。

硅烷作為偶聯(lián)劑應(yīng)用效果最好的是白炭黑，這是因為白炭黑表面具有比高嶺石多得多的羥基，填料粒子表面羥基愈多愈易與硅烷發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)。特別是煤系煅燒高嶺土，高嶺石的羥基已脫失，不可能與硅烷發(fā)生氫鍵縮合。

因此，煅燒高嶺土與硅烷偶聯(lián)劑之間的反應(yīng)可能更多是化學(xué)吸附反應(yīng)，而不是化學(xué)結(jié)合反應(yīng)。應(yīng)該結(jié)合煤系煅燒高嶺土表面結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用目的，有效地選擇合適的表面改性劑。

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越好，但是在實際操作中，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，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強填料，在選擇改性劑時，不但要考慮改性劑與高嶺土的黏結(jié)強度，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。（資料來源：賢集網(wǎng)）