高岭土表面改性方法概述

高岭土表面改性方法概述

摘要：介绍高岭土表面改性方法、改性机理及改性效果的表征方法。常用的高岭土表面改性方法有煅烧改性、偶联剂改性、包膜处理及化学接枝处理。表面改性提高了高岭土与有机物基体的相容性和结合力,并改善了其在有机物基体中的分散性；高岭土表面改性效果表征方法主要有沉浮法、活化指数法、浊度法、表面润湿法、特征系数法、吸附性法。

关键词：高岭土；表面改性；改性效果表征

An Overview of Kaolin Performance Modification Method Abstract ：The kaolin surface modification method, the modification mechanism and the characterization methods of modified effect are introduced. The surface modification methods commonly used in kaolin are calcining modification, coupling agent modification, capsular processing and chemical graft processing.

Surface modification to improve the compatibility and binding capacity of kaolin and organic matrix,and to improve its dispersion in the organic matrix; the characterization methods of kaolin modified effect including sink and float method, activation index method, turbidity method, surface wetting method, characteristic coefficient method, adsorption method.

Keywords：Kaolin ；Performance modification；Modification effect characterization

高岭土是高岭石族矿物的一种，在陶瓷、造纸、橡胶、耐火材料、塑料行业等国民经济和日常生活中有着广泛的应用，例如，在造纸工业中可以用作填料或涂料，从而改善纸张的性能；在橡胶、塑料等有机产品中可以用作填料，增加制成品的强度、耐磨性，还可以用于陶瓷原料、涂料、粘结剂等领域[1]。目前，国内外开展了许多有关高岭土应用的研究。这些研究一方面加深了对高岭土性质的认识，另一方面也促进了相关行业的发展。而不同产地的高岭土的矿物形成条件及开采加工方法互有差异，导致其表面性能有很大差别，因此研究开发不同表面改性的方法，适应高岭土在不同行业中的应用要求，是扩大高岭土的应用范围及效果的重要手段。

1 高岭土矿物表面物理化学特征及实际应用要求

1.1 高岭土矿物表面物理化学特征

高岭土又称瓷石，是多种矿物组成的含水铝硅酸盐的集合体，主要有用的成分是高岭石，其晶体化学式为2Al2Si2O5(OH)8或2SiO2·Al2O3·2H2O，显然是一种含水铝硅酸盐。高岭石中的水是以—OH的形式存在，其晶体结构的特点是由—Si—O四面体层和—Al—(O，OH)八面体层连接而成。高岭石每个结构单元层的O与相邻结构单元层八面体层的—OH通过氢键相结合，使高岭土结构单元呈层状堆积。这种层间力由于是弱的氢键和范德华力，故高岭土形态主要呈板状，易于沿与层面平行的方向裂开，而被加工成超细粉。在自然界中高岭土以鳞片状存在，它能与许多极性分子如HC—ONH2、CH3CONH2、(NH2)2CO等相互作用，产生高岭石(极性有机分子嵌合复合体)。有机分子进入层间域，并于结构层两表面与氢键相结

合，其结果：1)使高岭土的结构单元层厚增大；2)改变了高岭土的表面性质(如亲水性等)，使高岭土的应用领域由此而拓宽[2]。

1.2 实际应用对高岭土的要求

在实际应用中，由于使用的体系不同，对高岭土性质的要求也不尽相同。

1.2.1白度

白度是高岭土用于造纸、涂料等领域的一个重要指标。高岭土的白度，系指以氧化镁标准白板对457 nm波长的单色光的绝对反射比为基准，以相应波长测得试样板表面的绝对反射比，以百分数表示[3]。-2μm的颗粒>90%，白度大于90%的“双90”高岭土，可以用于造纸涂布领域。煅烧、漂白等工艺都可以提高高岭土的白度，其数值可以通过白度仪来测量。1.2.2粒度

对于用作涂料及填料级的高岭土来说。粒径的大小有一个范围，并且粒径分布越窄越好。可以通过分级的方法来控制高岭土粉体的粒径分布，但对于-2μm的微米级和亚微米级粉体分级的难度较高。粒径测量时需要注意控制颗粒的分散，一般要加入分散剂，超声分散一段时间后再进行测量，以保证测量的准确性。

1.2.3粘质量分数

粘质量分数即指定粘度下的质量分数。对于以浆状使用的高浓悬浮体系来说，控制体系的粘度十分必要。例如，在造纸领域，涂布液的粘质量分数(500mPa·s)在65%以上，太低不利于实际应用，如果不经过处理将很难达到这一指标。粘度可以用粘度计来测量，但是高岭土浓悬浮体系是非牛顿体，仅仅知道其粘度还不能满足实际需要，这就要了解其流变学性质。使用流变仪可以测量高岭土浓悬浮体系在不同切变速度下的切应力及其粘度。分散剂、粘结剂等的加入能极大地改变体系的流变学性质。

2 高岭土的表面改性方法

对高岭土表面改性，主要是提高其白度、亮度、表面化学活性及与聚合物的相容性等。目前主要方法有：

2.1 煅烧改性

煅烧改性是通过物理方法对高岭土进行热处理,把表面的部分或全部羟基脱掉，从而获得特殊的理化性能，如在适当的温度下对高岭土进行煅烧，使其结构中的羟基全部脱出，而新的稳定相(莫来石、方石英等)又尚未形成，此时硅和铝的溶出量最大，高岭土具有很大的活性[4]。

煅烧还可以使高岭土的晶体结构发生改变(主要由层间的氢键断裂及结晶水脱除引起)，由原来有序的片层晶体结构的高岭石变成无序结构的偏高岭石，使得原晶体内层的部分基团外露，且由于结晶水的脱去，表面活性点的种类和数量都增多(种类从—OH变为Si—O、Al—O和部分剩余的—OH)，使其反应活性增大。Da-vi-dovits[5 ~6]认为，活化的实质就是高岭土脱去其铝氧八面体中的羟基，使高岭土铝原子的配位数由6变成4或5。