（中国粉体技术网/班建伟）目前, 高岭土已在造纸、耐火材料、橡胶、塑料、油漆和搪瓷等工业中广泛应用。高岭土粒子细微化是高岭土改性方向之一, 目的是利用研磨细化后的超小粒径效应获得对橡胶、塑料等的良好补强效果。据报道, 使用10份平均粒径为2μm 的高岭土补强的NR 硫化胶的拉伸强度比使用相同份数平均粒径为20nm 的白炭黑补强的NR硫化胶要高。
但高岭土超细颗粒具有表面能高、表面亲水疏油、极易团聚的特点, 难以在非极性或弱极性的橡胶和塑料中均匀分散, 因此必须对高岭土超细粉体进行表面改性, 使高岭土粒子表面包覆上一层有机物( 如偶联剂、表面活性剂等) , 使其由疏油亲水变为疏水亲油, 这样不仅增强了高岭土与橡胶、塑料基体的相容性和结合力, 还提高了高岭土的分散性、增大了其填充量, 从而达到改善橡胶和塑料物理性能、降低成本的目的。这对扩展高岭土的应用领域, 充分、合理利用我国高岭土资源, 加快我国经济发展有着重要的意义。
经过多年的研发, 高岭土表面改性已取得了丰硕的成果, 特别是在用偶联剂表面改性高岭土补强橡胶方面成果尤为显著。
(1) 硅烷偶联剂改性
郭荣华等对高岭土进行了不同方法的表面处理, 并用作NR, BR 和SBR 的补强填料进行试验, 结果表明, 经硅烷偶联剂和季铵盐改性的高岭土对橡胶的补强效果都较好, 即对橡胶的拉伸强度和撕裂强度的提高效果较好, 而改性高岭土/NR 体系的改善程度最大。
有机季铵盐的改性作用更有利于提高胶料拉伸强度, 而硅烷偶联剂则更有利于提高胶料撕裂强度。分析原因认为, 硅烷偶联剂水解后与高岭土表面形成Si-O-Si 化学键, 而另一端的活性官能团( 如NH2等) 与橡胶发生交联反应, 从而形成稳定的高岭土/橡胶界面结合层; 而有机季铵盐与高岭土的表面作用只是一种离子交联吸附, 长碳链仅起到改善相容性的作用。
邬润德等研究了分别用乙烯基硅烷和氨基硅烷改性的高岭土补强NBR/ PVC 热塑性弹性体, 结果表明, 两种偶联剂均能有效地提高热塑性弹性体的物理性能, 但当改性剂过量时, 弹性体拉伸强度和拉断伸长率都会下降, 这可能是由于乙烯基硅烷在表面处理过程中自身发生聚合反应或氨基硅烷自身水解缩聚的缘故, 改性剂用量以高岭土质量的3%为宜。
研究还表明, 通过适当增加填料用量, NBR 与PVC 的共混比在很宽的范围内热塑性弹性体都具有较好的物理性能, 这是由于改性高岭土与NBR 相容性很好的缘故。
黄国强等采用高温煅烧和硅烷偶联剂改性的方法获得活性高岭土, 并将改性高岭土与NBR、PVC 和氯化聚乙烯( CPE) 进行共混试验,分别对不同配方复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度和熔体粘度及加工塑化时间进行了测定, 结果表明, 适量的活性高岭土不仅具有填充性能, 而且能与NBR 复合增韧增强PVC/ CPE 体系, 并改善其加工性能, 当活性高岭土/ NBR/ CPE/ PVC用量比为16/ 8/ 4/ 100 时, 复合材料综合性能良好, 且成本较低。
刘钦甫等用硅烷偶联剂对高岭土进行了表面改性并填充NR, 结果表明, NR 的拉伸强度、定伸应力和硬度均明显提高, 达到了补强目的,但拉断伸长率有所降低、拉断永久变形增大, 他认为这是由于填料改性后与橡胶的相容性提高, 橡胶分子的交联密度增大导致拉断伸长率降低, 从而也使拉断永久变形增大。
(2) 非硅烷偶联剂改性
唐冬秀等研究了用钛酸酯偶联剂改性高岭土对橡胶的补强作用, 结果表明, 表面改性后的高岭土对橡胶具有较好的补强作用, 可完全替代碳酸钙, 也可部分替代炭黑, 以降低生产成本。
研究还表明, 改性剂的用量为高岭土质量的3% 时效果最好, 原因是偶联剂用量过大, 高岭土表面的反应中心被完全占据, 过量的偶联剂不能再与高岭土发生反应, 而是与占据高岭土表面的偶联剂活性基团以范德华力相互结合, 结果导致高岭土表面的活性基团减少, 与橡胶分子的结合力减弱,从而使补强性能下降。
张镭等用经钛酸酯偶联剂处理过的超细活性高岭土MH210作为填料应用于耐热输送带覆盖胶, 取得了满意的效果, 在物理性能稍有下降的情况下改善了胶料的加工性能, 对非结晶性的SBR补强效果良好, 并降低了生热。由于胶料挤出顺利, 表面平整光滑, 焦烧时间较长, 大大减少了成品硫化后缺胶、明疤、水波纹等外观质量缺陷, 提高了耐热输送带的合格率和一级品率。
许红亮等以钛酸酯偶联剂NDZ130为主要改性剂, 辅以其它助剂, 利用高速搅拌改性机, 采用干法改性工艺对高岭土进行表面改性, 并以改性高岭土替代部分炭黑填充NR与BR的并用胶, 结果表明, 改性高岭土对并用胶的补强效果很好, 胶料拉伸强度、撕裂强度、磨耗量等指标均接近炭黑补强的胶料。
(3) 偶联剂并用改性
刘新海等以单烷氧基焦磷酸酯型和单烷氧基不饱和脂肪酸钛酯类偶联剂为主改性剂, 以表面活性剂脂肪酸CH3 ( CH2 ) nCOOH( n = 14 或16) 为辅助改性剂, 对旋风样和收尘样高岭土粉体进行表面处理, 并填充NR, 结果表明, 虽然胶料的硬度和300% 定伸应力无明显变化, 但衡量胶料性能最重要的指标拉伸强度却有明显的提高,特别是收尘改性样品综合补强效果达到半补强炭黑的水平, 这也说明了粉体颗粒细度对胶料的物理性能也有一定影响。
许多研究人员已在理论和试验两方面都证实了改性高岭土替代炭黑或白炭黑填充塑料和橡胶的可行性, 找到了多种高岭土表面改性剂和改性方法, 并进行了大量应用性尝试, 取得了可喜成果。这些成果对扩展高岭土资源的应用领域, 充分和合理利用高岭土资源, 加快我国经济发展有着重要的意义, 同时也为高岭土改性的进一步研究指明了方向。
随着高岭土超微细化( 纳米化) 和表面改性剂的不断研发、改性方法的不断更新、加工设备的不断改良, 高岭土将会更大量、广泛地应用于涂料、造纸、橡胶、塑料等行业, 不仅可以作为填料以降低成本, 更重要的是能够部分或全部替代炭黑和白炭黑, 提高材料的刚性、拉伸强度、冲击强度等性能, 并赋予材料耐腐蚀、阻燃、绝缘等特殊的物化性能。
►欢迎进入【粉体论坛】
|
