机械力化学法超疏水改性叶蜡石的研究

粉 体 发 生化 学键 合 。而硬 脂 酸盐 属于 阴离 子 表面 活
曹
摄 蓉
性剂 ， 其在 叶蜡石粉体表面的改性很容易受到破坏，
且 化 学作 用力 不 够强 。以下 工艺 优化 过程 均采 用 甲 基 硅油为表 面改 眭剂 。
２１ 改性剂含量 ： ．２ ． 在叶蜡石粉中添加 甲基硅油， 球 磨２ ， 转速为 １０／ ｉ， ｈ ５ ｍｎ 甲基硅油含量与改性叶蜡石 ｒ
学反应 ， 并使得 改性剂 充分包 覆在 叶蜡石表 面 。当继
方面 ， 在机 械力 作 用下 ， 叶蜡 石 晶体 内部 层与 层 之
间发 生晶格 位 移 ， 致 畸变 ， 而 形成 晶格 缺 陷 。在 导 从
这些变化中， 最明显的变化就是超细磨过程中机械力 的作 用排除叶蜡石 中的羟基 ， 形成 的 Ｈ０不 断增 多 『 ５ ］ 。
第３ 卷 第４ ４ 期 ２ １ 年７ ０ １ 月
非金 属 矿
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机械力化 学法超疏水改性叶蜡石 的研究
方 伟 屠 宇迪 严 俊 姚 程 张 俭 盛 嘉伟
３０１） １０４ （ 浙江工业大学 化学工程与材料学院，浙江 杭州
加值 。
１ 设备 仪 器及 测试 方 法 ． ２
粉 体 的表 面 接触 角
当前， 对叶蜡石的改性研究报道较多 ［】 １， 。 但是其 改性剂主要集 中于偶联剂， 如硅烷偶联剂、 钛酸酯偶 联剂等 ， 对于表面活性剂 的相关文献报道较少 ， 而且 诸多文献中所涉及 的改性工艺多采用湿法。本实验 以硬脂酸钙、 硬脂酸钠和 甲基硅油作为表面改性剂 ，
钙和硬 脂酸钠 。上述现 象 的原 因为 ： 甲基硅油属 于非
改性效果变差。 ２ ． 球磨转速 ： ．４ １ 在叶蜡石粉中添加 １ ％的甲基硅 ． ５ 油， 球磨 ２ ， 球磨转速与改性叶蜡石粉吸油量及接触 ｈ
角的关系 曲线 ， 图 ４ 见 。
离子表面活性剂， 在机械力化学作用下更易与叶蜡石、
其机械 力作用示意 图见 图 ５ 。
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关键词
叶蜡石
机械力化 学 改性剂
分散性
疏水性
中图分类号： Ｄ ８ 文献标识码 ： Ｔ ９５ Ａ
文章编号 ： ００８ ９（０１０－０ ３０ １０ －０８２ １）４０ ２－３
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．
改性叶蜡石微粉吸油量及接触角的关系曲线 ， ｌ 见图 。
２ ． ３
第３卷第４ ４ 期
非金 属 矿
２ １年７ ０】 月
营
撰 馨
改 性 剂 种 类
球 厝 时 间／ ｈ
图ｌ 改性 剂种类 对叶蜡 石粉表 面改性 的影响
图３ 球磨 时 间对叶蜡 石粉表 面改性 的影 响
２１ 改性 粉体吸 油量与接 触 角的影响 因素 ．
不添加任何溶剂 ， 在机械力干法球磨条件下对叶蜡石 粉进行疏水改Ｉ研究。 生
１ 实验部分
１ 原材料 ． １
叶蜡石粉 ， 自浙江省青 田县 ， 取 其物化
性能见表 １ 。硬脂酸钙， 分析纯，６
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２１ 改 Ｉ剂的种类 ： ．１ ． 生 在叶蜡石粉中添加 １ ％ 的改 ． ５ 性剂、 球磨 ２ 、 ｈ 球磨转速为 １０／ｉ， ５ ｒ ｎ 改性剂种类与 ｍ
基金 资助 ：浙江省科技厅 优先￣ （０ ７ １ ０ －） ２ ０ Ｃ１１ ４２ ；浙江省 大学生 科技 创新项 目（０ ０ ４ ３ ４ ） ２ １Ｒ ０ ０ ８；浙江省研 究生教 育创新项 目（０４ １０） 通讯联 系人 ，ｗ．ｈ ｎ ＠ｚｕ． ｕｃ 。 ｊ ｓｅ ｇ ｊｔ ｄ ． ｅ ｎ
叶蜡 石 为 两个 硅氧 四面体 和 一个 铝氧 八 面体 构
甲基硅油， 分析纯 ， 杭州西湖有机硅厂； 硬脂酸钠 ， 分 析纯， 温州市化学用料厂。
表 １ 叶蜡石 的物化性 能
成 的 ２： 型层状硅酸盐矿物 ， 有绝 缘性好、 １ 具 耐高 温、 耐化 学腐蚀等特性。此外 ， 叶蜡石应用于涂料中 作为填料时 ， 可改善涂料体系稳定性， 能较大程度地 提高涂料 的抗吸潮性。但是叶蜡石材料本身亲水 ， 作 为填料被树脂润湿和包覆的性能差， 且分散性较低 。 若能解决叶蜡石这一应用中的瓶颈问题， 将会在很大 程度上拓展叶蜡石产品的应用范围， 提高其产品的附
粉 吸 油量及 接触 角的关系 曲线 ， 图 ２ 见 。
图４ 球磨转 速对叶蜡 石粉 表 面改性 的影响
由图 ３ 和图 ４ 可知 ， 球磨转速和球磨时间两因素 对改性粉体的性能变化呈一致规律 ， 其原因均为机械
力化 学作用 的增 强对化 学键作 用 的破坏 所致 。 ２ 机械 力化 学 改性机 理 － ２ 叶蜡石其 基本 结构单 元 是 两 个硅 氧 四面 体 片相 向排 列 ， 间 夹铝 氧 八 面体 其
片， 理想结构式为 Ａ２ ｉ （ Ｈ ｌＳ ０）Ｏ ） （ ： 。在叶蜡石球磨过
０ ０ ０ ５ １ ０ ５ ． ． １ ２ ０ ２ ５ ３ ０
甲 基硅 油 含 量／ ％
程中， 一方面 ， 由于剧 烈 的机械 力化 学作 用 ， 使叶蜡石 晶体表 面形 成新 生断面 ， 而导致表 面价键 断裂 。另 从
采 用 Ｊ ２０Ａ静 滴 接 触 角 ／ 面 张 力 测 量 仪 （ Ｃ ００ 界 上 海 中 晨 数 字 技 术 设 备 有 限 公 司）测 定 ； 外 光 谱 红 测 定 采 用 Ｎｃｌ ｅｕ ８ ， Ｂ ｉ ｅＮ ｘｓ ０ Ｋ ｒ压 片 ， 描 范 围 ｏｔ ３ 扫 ４０ｍ ００ ｍ ０ ｃ ～４０ ｃ －扫描 次数 ３ 次 ， ， ２ 分辨率 ４２ ｍ －ｃ ； 谱 图采 用仪器 附带软件 Ｏ ／ ． ｍｌ ７ ｉ ３处理； ｃ 吸油量 按 Ｇ １１— ７ 颜料吸油值的测定 Ｂ ７２１ ９ ９ 方法测定 ［ ４ 】 。 １ 实验方法 以行星式球磨机 （ ： Ｄ ＿Ｌ 为 － ３ 型号 Ｎ ７ ） ４ 改性工具， ２ ｌ 以 ０： 的球料 比加入磨球和叶蜡石粉 ， 对叶蜡石粉进行干法超细粉碎和表面改性 ， 改性粉体 经干燥后再进行性能测定。 ２ 结果与讨 论
摘
要
通过叶蜡石粉与改性剂机械化学共磨法， 实现了叶蜡石基体的疏水改性， 并对改性后粉体的吸油量、 接触角、 红外光谱进行测试。结
果表明 ， 改性剂在机械力作用下实现 了时叶蜡石原粉 表面的包覆 ， 该包覆行 为 得叶蜡石粉体 的分散性和疏水性有较大程度提 高， 使 以添加 １ ％ 的 ． ５
甲基硅油改性效果最好 ， 吸油量 已达到 ２ ．１ ／０ ｇ接 触角达到 １６３ Ｏ ２０ １０ ， ｇ ３．８Ｏ
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由图 ｌ 知 ， 可 叶蜡 石 原粉 的吸 油量很 高 ， 因其 且
的吸油量和接触角出现了最佳值 ， 而进一步增加球磨
时间 ， 体 的性 能 明显下 降 。 生上 述现象 的原 因为 ： 粉 产 由于 机械 力的作 用 ， 改性 剂与叶蜡石 表面 结合不 牢的 键 小于 外界 机械 力 ， 导致 解 吸等现 象 的 发 生， 而 使 从
一
图２ 甲基 硅 油含 量对 叶蜡 石粉表 面改性 的影响
由图 ２ 可知， 随着 甲基硅油含量的增加， 改性叶 蜡 石 粉 的 吸油量 和接 触 角均 有所 改 善 。当 甲基硅 油 的含量达到 １ ％ 时， ． ５ 吸油量与接触角两参数基本保 持不变。上述结果表明 ： 当改性剂 的添加量为 １ ％ ． ５ 时， 甲基硅油与叶蜡石粉体刚好全部进行了机械力化
表面含有大量的羟基， 因而具有很强的吸水性， 导致
接触 角无法 测量 。在 机械力 化 学作用 下 ， 叶蜡石原 粉 与加 入 的表 面活性剂 充分 发生 反应 ， 改性 后叶蜡 石微
粉的吸油量和接触角都得到明显改善。在备选改性 剂 中， 甲基硅油的改性效果最好， 改性粉体 的吸油量 为 ２．１ ／Ｏｇ 接 触 角达 到 １６３ 。其 次 为 硬 脂 酸 ２ ｌＯ ， ０ｇ ３． ， ８