高岭土的改性研究

中， 红外光谱（ Ｔ Ｉ） Ｆ —Ｒ 分析采用美国尼高力公司生产
的 Ｎ ｘｓ ｏ ｕｏ ｅｕ ｒ ｒ 型傅立叶变换红外光谱仪 ， Ｂ 压 Ｐ Ｅ Ｋｒ
片法制样 。
采用 Ｎ Ｊ ｌ Ｄ － 旋转粘度计分别对改性前后的高岭
土的泥浆粘度进行测定 ， 中以水玻璃为分散剂。结 其
２ ．扫描 电子显微镜分析 ．４ ３ 对条状试样 断面进 行扫描 电子 显微镜分析。 试 样采用 自然新鲜断面 ， 断面镀金 ， 采用 日本 日 立公 司
十 分必要 。
２２ 实验过 程 ．
对高岭土原料 进行 湿 法球磨 过程 中加入 ０５ ． ％ 的改性剂 ，０ ｉ 后 出料在 １５ 烘箱内烘干 ，之后 ９ｍ ｎ ０ｏ ｃ
高岭土表面改性是指根据需要 ， 用物理 、 化学或
机械方法对高岭土粉体表面进行处理 ， 以改变其表面 的物理化学性质［ ａ ｌ 。高岭土表面的 Ｓ— ｉＯ键和 Ａ 一０ ｌ（，
的 １ ｉＯ ｓ 和 高岭 土 的 ｓ— — ｉ ｓ — ｉ — ｉ ｓ 振动 吸收带重 ｏ
合所 致 ；１ｃ ９２ｍ 处 ＯＨ 弯 曲振 动 吸收 峰位 置 的移 动
性剂都有明显的降黏作用， Ｂ和 ｃ最为明 显： Ａ 以 经
以及 ３０ｃ －～ ７０ｍ 范 围内高岭土 Ｏ ６０ｍ ３ ０ｃ Ｈ伸缩振 动吸收峰强度的变化 ， 说明改性剂与高岭土表面的羟
分别对改性前后的高岭土进行干燥强度的测定 ，
每组测试选择 ５ 个相同的试样进行测试， 然后以平均
干燥强度表示。 结果发现改性后的高岭土平均干燥强 度相比改性前有 了明显的提高。 其中 ２ 号样品的增强
３２ 粘 度 ．
对改性前后的高岭土样品进行红外光谱分析 ， 其 效 果最为 明显 。
２ ．干燥强度 测试 ．１ ３ 本实验 的试验 试样是 由小型 压机 压制 而得 。 经 将 过 陈腐 、 造粒之 后 的改性 高岭土在 适 当的压 力制度 下
压制成长条形试样。 其中加压速度和保压时间对坯体
性能如致密度、 强度有很大的影响， 若加压过快 ， 保压
时问过短 ， 气体就不易排 出。 同样 ， 当压力还未传递到
Leabharlann Baidu
Ｗａｅ ｕ ｅｓ ｍ ｖｎ ｍｂｒ（ ） ｃ
图 ４ 改性 前 后 高 岭 土 的红 外 光 谱 图
Ｆｉ ． Ｔ－Ｉ ｐ ｃ ｒ ｆｕ ｔ ａ ｅ ｎ ｒ ａ ｅ ａ ｌ ｇ４ Ｆ Ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ｎ ｒ ｔｄ ａ ｄ ｔ ｔｄ ｋ ｏｉ ａ ｅ ｅ ｎ
收区吸收峰明显变宽 ， 这是由于改性剂与高岭土表面
果发现 ， 在固定的固含量时 ， 高岭土原矿的泥浆粘度
随分散剂加入量的增加逐渐降低 ，从 ８． ａＳ ６ Ｐ ・ 降低 ５
到 ２ ． ａｓ如图 ２ ５ Ｐ ・， ３ 所示。 除了改性剂 Ａ， 另外三种改
《 陶瓷学报｝ ０ ０年第 ２期 ２１
动 主要 在 ９ ０ ｍ ５ ｃ 一７ ０ ｍ 之 间。 由图可 以看 出 ， ８ｃ 经
改性后高岭土红外光谱的基本骨架没有发生变化 ， 大 致分为三个部分 ，即高波数的 Ｈ ｏ振动 ， ０ｃ — ２ １ ０ｍ ２
８ ０ｍ 的 ｓ— ０ｃ ｉＯ键 伸缩 振动 和 ８０ｍ 以下 的 一 ０ｃ ０
和 ｓ— ｉ Ｏ弯曲振动。且四种改性剂改性后的高岭土结 构 上 比较 相 似 。经 改性 后 的 高岭 土 红外 光谱 在
Ｆｇ３ Ｖｉｃ ｓｔ ｆ ａ ｉ ｄｆ ｄ ｂ ｗｉ ｉｅ ｅ ｔ ｉ． ｓ ｏ ｉ ｏ ｏｌ ｍｏ ｉｅ ｙ Ｄ ｔ ｄｆ ｒ ｎ ｙ ｋ ｎ ｉ ｈ
ａ ｍｏ ｎ ｓ ｏ ｉｐ ｒ ａ ｔ ｕ ｔ ｆｄ ｓ ｅ ｓ ｎ
试其抗弯强度 ， 抗弯强度计算公式如下 ：
Ｏ＇ｆ －
Ｓ ３０Ｎ型 Ｓ Ｍ 扫描 电子显微镜进行微观结构的 － ７０ Ｅ
分析 。
２ｈ ｂ
式中：ｒ ｏ 为试样的抗弯强度 （ Ｐ ）Ｐ为试样的弯曲 Ｍ ａ；
破坏载荷 （ ； Ｎ）Ｌ为两支架间的距 离（ ｍ）ｂ ｍ ． 为试样 断口处的宽度（ ｍ） 为试样断口处的高度（ ｕ ） ｍ Ⅱｎ。
２ ．粘度测试 ．２ ３
３ 结果 与 讨 论
３１ 干燥 强度 ．
高岭土的泥浆粘度有两种表示方法， 一是以某一
固含量时的粘度值表示， 另一是以某一粘度值时的固 含量即粘浓度表示。 本实验选择前一种 ， 使用 Ｎ Ｊ１ Ｄ － 旋转式粘度计测试 ６％固含量高岭土的粘度。 ５
１． ． ３红外测 试 ３
《 陶瓷学报） ０ ０年第 ２期 ） １ ２
。
１ ２
：
÷ ＝
圈
［ ＝ ＝
。
未 改性 高岭 土
ｆ
１ Ｏ
塞８
６
［ ＿ 改 性 剂 Ｂ 改性 高岭 土 一 一 改 性 剂 Ａ 改性 高岭 土 ０。 ＝藏 ＿ ＝ 一
改 性 剂 Ｃ 改 性 高岭 土 改性 剂 Ｄ 改 性 高岭 土
构已不存在 ， 板状结构无序排列 ， 互相交叉， 有部分小 颗粒存在 ， 但相对前者较少 。 ｃ改性后的高岭土大 经 量的以小的鳞片状结构存在 ， 几乎呈定向排列 ， 有序
前我国对于高岭土改性 已经有了大量的研究， 但是针
对在陶瓷生产上使用的高岭土的改性研究还很少 。 本文主要针对改性高岭土的干燥强度和分散性进行
了研究 ， 结合陶瓷工艺生产 中的特点 ， 选用了四种水 溶性高分子改性剂对高岭土进行了改性。
共用氧原子 ，属三斜晶系，其理论化学组成为 ＳＯ ｉ
ｍｏ ｉｅ ａ ｌ ｄｆ ｄ ｋ ｏｉ ｉ ｎ
图 ２ 未 改 性 高 岭 土粘 度 与 分 散剂 加 入 量的 关 系
Ｆ ｇ ２ Ｖｉｃ ｓ ｔ ｆｋ ｏ ｉ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔ ｍｏ ｎｓ ｉ ． ｓ ｏ ｉ ｏ ａ ｌ ｗｉ ｄ ｆ ｒ ｎ ｙ ｎ ｈ ａ ｕ ｔ ｏ ｉｐ ｒ ａ ｔ ｆ ｓ ｅ ｓ ｎ ｄ
Ｏ ） Ｈ 键等活性基团， 是表面改性的基础。 因此 ， 凡是能
研磨过筛 ， 得到改性后高岭土粉料 。用干燥强度 、 粘 度 、ｒ Ｉ 扫描电子显微镜等手段对改性效果进行 Ｆ —Ｒ、
表征。
２３ 性 能测试 ．
改变高岭土表面 ｓ ０键和 Ａ一ＯＯ ） ｉ 一 ｌ ，Ｈ 键合形式的物 （
收稿 刚胡：０ ｏ ０ — ５ ２１－２０ 通汛联系人 ： 姚莉莉 ， — ａ ： １ ｙ ２ ３ ６ ． ｒ Ｅ ｍ ｉ ｌ １ ｌ ＠１ ３ ｏ ｌ ｓ１ ｙ ｃｎ
４ ．４ Ａ ２ ３ ９５ Ｈ Ｏ １ ． ％ 。在该 矿物 的晶格 ６５ ％、 １ ．％、 ２ ３９ Ｏ３ ６
２ 实验 部 分
２１ 实验 材料 。
中， 存在少量离子的相互置换川 。高岭土表面存在羟 基， 亲水性较强 ， 具有粘结性 、 可塑性等重要性能 ， 是
陶瓷生产中的主要原料之一。我国是世界上最早发
结晶良好， 大小比较均匀 ， 横向尺寸约为 ２ ｍ， 向 纵 尺寸不超过 ０ １。 Ａ改性后的高岭土形貌片状、 ． １经 ５ １ 层状结构已不明显 ，多数 以较大的块状结构存在 ， 部 分厚度约为 ３ ｆ ｒ， ｌ 大的块状结构上还粘附有小颗粒 。 经 Ｂ改性后的高岭土主要是以板状结构存在 ，且板 状结构尺寸较大 ， 长度将近 ５ ｌ 薄的片状、 ｉ， ｌ 层状结
图 ５为各产 品断面的扫描 电子显微 图片 。由
Ｓ Ｍ 图可以看 出， Ｅ 高岭土原矿中大量存在层状 、 片状
结构， 有一部分为叠片状 ， 并有少量的棒状结构存在 ，
改善了高岭土的分散性 ， 使得高岭土浆料有良好的游
动性 ， 日用的陶瓷生产应用中起着重要的作用。 在
３３ 红外 测试 ．
但是多数高岭土生产企业的现状是 ： 规模较小 、 产量
Ｄ — 旋转粘度计 、 ｅｕ ｏ Ｅ ｒ 型傅立叶变换红 Ｎ ｘｓ ｒ ｕ Ｐ ｏ 不大 、 产品质量不高， 与美国、 英国 、 巴西等国相比， 存 Ｎ Ｊ ｌ Ｓ ３ ０Ｎ型 扫描 电子 显微镜 。 在较大的差距 ， 甚至全国高岭土总产量不及国外一家 外光 谱仪 、一 ７０ 高岭土大公司的产量 。因此对于高岭土的改性研究
高岭 土 的改性研 究
周 曦 亚 姚 莉 莉 刘 卫 东 胡 俊
（ 南理 工 大学材料 学 院教 育部功 能材料重 点 实验 室 ， 华 广州 ：１６０ ５０４ ）
摘 要
高岭土在我 国储量丰富 ， 应用广泛 ， 但在陶瓷生产中以高岭土为主的坯体强度和分散性并不是很好。本实验结合陶瓷工艺生 产中的特点 ， 选用 了四种水溶性高分子改性 剂对高岭土进行了表面改性 ， 对改性高岭士进行干燥强度和粘度 的测定 ， 并对其进行 红外光谱分析和扫描电镜分析。 结果表明 ： 经改性后的高岭土相 比未改性高岭土干燥强度都有所提高 ， Ｂ、 Ｄ改性后的高岭土 经 Ｃ、 分散性也部得到了改善。 关键词 高岭土 ， 表面改性 ， 水溶性高分子
１３ｃ ６ ７ｍ 处吸 收 峰 的 强 度 有 所 增 强 ，这是 由 Ｃ Ｃ －
４ ０ ３ ｏ ３ （ ） ２ ０ ０ ０ ５ｏ ０） （ ５０ ２ ０ ００ １ｏ ５ ｏ １０ ００ ５０ ０
的 伸展振 动 引起 的 ，表 明 改 性 剂 已经 吸 附 于 高岭 土 颗粒 表 面 ；０４ｍ 处 的 Ｓ— １８ｃ ｉＯ和 ｓ— — ｉ ｉＯ ｓ 振动 吸
桨
簧
２ ０
一冈 。冈 蕊 溉
３ ４ Ｓ
１
２
分散 剂加 入 量 （ ％）
图 １改性前后高岭土的干燥强度对 比
Ｆ ｇ １ Ｔ ｅ ｄ ｙ ｇ ｅ ｎ ｓ ｒ ｎ ｔ ｆｋ ｏ ｉ ｎ ｉ ． ｈ ｒ ｒ ｅ ｔｅ ｇ ｈ ｏ ａ ｌ ａ ｄ ｎ
中 图分 类 号 ：Ｑ１ ５４ 文献 标 识 码 ： Ｔ ７． Ａ
理或化学方法均能实现对高岭土的表面改性【 。目 ．
１ 引 言
高岭土是 以高岭石和多水高岭石为主要矿物成
分的粘土矿 ， 其结构为二八面体 ， ｌ： 的硅氧四面 由 １
体 和铝 氧八面 体 组 成 ，硅 氧 四 面 体 和 铝 氧 八 面体
适当的深度时， 外力就卸掉 ， 也难 以得到较好质量的 坯体。 因此选择适当的压力制度对成型后试样的性能
有很 大的作用 。 之 后采用 ５６ ５ ７万能 材料 试验 机 采用三点抗 弯测
Ｆ 桨
∞ 鲫 ∞ ∞∞ ∞ 加加 ０ｃ
图 ３ Ｄ改 性 高 岭 土粘 度 与 分 散 剂 加入 量 的 关 系
改性的高岭土加入低分散剂含量均测不出其黏度值 ，
直至加入 ０ ％的分散剂 ，其黏度值为 ４Ｐ ・；经 Ｄ ． ４ ９ ａｓ
基发生了化学作用 ， 在一定程度上影响了高岭土的晶
体结构 。
３４ 扫 描 电子显 微镜 分析 ．
改性 的 高岭 土 粘 度随 着 分 散剂 加 入量 的 增加 从
现和利用高岭土的国家， 并且高岭土资源以成因类型
齐全 、 量 丰 富 闻 名于 世 ， 源 总 量位 于 世 界前 列 。 储 资
实验原料 ： 高岭土原矿， 佛山新明珠陶瓷公司； 改
性剂 ， 市购 。
实验设备： 单头 陕速球磨机 、 电子分析天平 、 热 电 恒温鼓风干燥 箱、小型压机 、５ ７ ５６ 万能材料试验机 、
第 ３ 卷 第 ２期 ｌ ２１ ００年 ６月
《 陶瓷学报 》
Ｊ ＵＲＮＡＬ ０ ０Ｆ ＣＥＲＡＭ Ｉ ＣＳ
Ｖｏ ． ． １ ３１ ＮＯ． ２ Ｊ ． ０１ ｕｎ ２ ０
文章 编 号 ：０ ０ ２ ７ （０ ０ ０ — ２ ３ ０ １０ — ２ ８ ２ １ ）２ ０ ８— ４
６ ．Ｐ ・降 低到 了 ｉ Ｐ ・ ０５ａｓ Ｊ ａｓ如图 ３所 示 ； Ｂ改性 的 ４ 经
高岭土在分散剂加入量为 ０ ％时粘度为 ８ Ｐ ・； ． ２ ． ａＳ而 ４ 经过 Ｄ改性后的高岭土在最少分散剂加入量时粘度
已低于 ０ Ｐ －。 说明 Ｂ、 Ｄ 三种改性 荆 消 嗷 的 ． ａｓ这 ５ ｃ、