1 概述
（中国粉体技术网/班建伟）高岭石由于其自身结构的特殊性以及表面活性，对其进行的改性和应用工作一直受到科研工作者的重视，尤其近十年来，粘土功能化、纳米复合材料以及环保型“绿色”高性能制品的开发，更是掀起了广大科研工作者对粘土类矿物的研究热潮。关于这方面的专利申请也在呈逐年递增的趋势，如图1 所示。
 2.1 物理改性
在对高岭石的物理改性工艺中，主要涉及的改性技术有：超细粉碎(研磨、粉碎技术)、煅烧、除杂、物理共混、物理包膜、以及针对高岭石特殊层状结构的机械剥离技术。超细粉碎主要借助于各种磨矿设备进行。粉碎技术主要与其它改性技术联合使用，一般是在对颗粒进行表面改性处理前或者在对颗粒进行表面处理后进一步进行粉碎打散处理。对于粉碎技术的改进也与研磨技术一样即在粉碎颗粒的同时喷入表面改性剂，实现粉碎与改性一步完成法(CN103289448，CN101323717)。
湿法磨矿的设备一般采取湿式搅拌磨、剥片机、砂磨机、胶体磨、振动磨等。研磨法是借助于研磨介质的相对运动，对高岭土颗粒产生剪切、冲击和磨剥作用，使其沿层间剥离成薄片状微细颗粒。常用的设备是研磨剥片机、搅拌球磨机、砂磨机等。研磨技术最初所达到的技术效果即改变无机粉体的粒度以及分散性等。随着技术的发展，许多国内外的研究者在对研磨工艺的改进方面不仅涉及研磨介质的选择、更涉及新研磨助剂的使用(CN103694747，CN101503577，WO2012092986，WO2011077232，FR2910479，US2009306266，FR2900410，FR2894846，EP1943313，DE102004023864 等)，在研磨的同时加入具有一定表面改性效果的研磨助剂，在改变颗粒粒度的同时实现表面改性，这也是目前专利申请中对于研磨技术最新的改进。
煅烧技术，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H。煅烧还可以使高岭土的晶体结构发生改变，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。
煅烧技术在高岭石的改性中主要应用在高岭石的精致(CN1055526 ，WO2005019349)以及表面改性处理后，例如煅烧表面包膜剂包覆的高岭石以除去H2O 等小分子。高岭石的除杂技术，主要用于进一步提高高岭石的白度等品质。除杂，包括浮选、磁选以及采用还原剂(例如保险粉等，CN101531372)还原高岭石中有色金属等处理工艺。
高岭石的物理共混改性，包括高岭石与其它无机粉体，如碳酸钙、氧化钛、氧化硅等的共混以提高其作为填料的白度、力学性能(CN102070919)等；高岭石与有机颜料的共混，如高岭石与靛蓝分子衍生物的共混在获得不同颜色的复配颜料的同时提高其稳定性(WO2004000946)，与铜酞菁颜料共混获得复合绿色颜料(KR101092306)；高岭石与具有特殊性能的其它物质的共混，例如高岭石与阻燃剂共混获得具有阻燃性能的填料(CN101392107)，高岭石与抗菌剂的共混获得具有抗菌性能的填料(CN1831048)，高岭石与石墨烯共混获得具有高导电性能的填料(CN103275524)。
 物理包膜改性技术，是目前高岭石乃至无机粉体中比较重要的一种改性技术。物理包膜改性技术是利用了表面包覆的原理，借用核-壳结构，将两种或多种无机粉体复合处理后，这样可以提高超细粉体的使用效果，制造出高性能的结构复合材料。
物理包膜改性技术在专利中涉及的主要的工艺路线有：(1)采用机械超剪切的方法在高岭石表面直接包覆无机纳米粉体(CN102558917)；(2)沉淀工艺，在即在高岭石悬浮液中加入金属盐或氢氧化物，然后通过调节体系的pH 等条件在高岭石的表面包覆一层沉积层，适用于这种涂覆工艺的涂层有氢氧化铝(CN102786818)、氢氧化锌(WO2011045408)、碳酸钙(CN102504617，WO9732934)等；(3)沉淀-煅烧工艺，即在高岭石悬浮液中加入相应金属氧化物的金属盐，然后通过调节体系的pH 等条件在高岭石的表面预先沉积一层金属的氢氧化物，最后对其进行干燥或煅烧获得相应金属氧化物包覆的高岭石复合颗粒，目前用于包覆高岭石的金属氧化物有氧化铝(CN103436055) 、氧化锌(WO2011045408) 、氧化钴(CN101824237)、氧化钛(CN101250337，CN103073929)等。
高岭石的机械剥离技术，高岭土的湿式超细粉碎又称为剥片，意即将较厚的迭层状的高岭土剥分成较薄的小薄片。剥片的方法有湿法研磨、挤压。湿法研磨技术中研磨介质粒径越小，产品越细。挤压法使用的设备为高压均浆机。高岭石的机械剥离主要是由于高岭石特殊的立体层状结构，在将高岭石进行层离后获得其改进的颗粒尺寸分布、形状以及改进的不透明性(WO9712002)等。
2.2 化学改性
高岭石的化学改性工艺，按照对高岭石改性层次的不同可以分为：(1)机械力化学改性；(2)高岭石表面改性；(3)高岭石的插层改性；(4)有机物包覆改性；
机械力化学改性，采用强机械搅拌、冲击、研磨等作用使改性剂在被改性的颗粒表面均匀分布包覆，并使颗粒与改性剂之间发生化学作用，以达到化学改性的效果。该方法借助机械能激活颗粒和表面改性剂，发生作用，实质是机械能转化为化学能，机械力化学改性采用的机器以及改性工艺对粉体的改性效果具有重要影响。专利申请中对于此种改性技术通常与其它化学改性技术联合使用。
高岭石的表面活性改性，又可以分为高岭石的表面活性改性和通过表面反应附加到高岭石表面具有特定性能的其它改性剂的改性。高岭石的表面活性改性，主要用来提高高岭石在用作聚合物(如橡胶等)复合材料的填料时其与有机聚合物的相容性。这种技术是目前高岭石的改性技术甚至无机粉体表面改性技术中比较成熟和普遍使用的一种最简单的处理技术，即选用合适的分散剂和/或偶联剂和/或表面活性剂，通过将高岭石与上述表面改性剂混合搅拌而实现(CN103709794)。通过表面反应附加到高岭石表面具有特定性能的其它改性剂的改性，主要用来赋予高岭石另外的性能，例如通过表面反应将荧光增白剂分子引入高岭石表面以获得高岭石微粒荧光增白剂(WO2011036029)；将含氮、磷等改性硅烷偶联剂引入高岭石的表面获得具有阻燃性能的功能化高岭石(CN102757581)等。
高岭石的插层改性，是一种技术难度相对较高的改性技术，前面我们提到高岭石有五种表面，上述改性主要是指高岭石的外表面改性。高岭石的内表面由于受氢键的影响，不易进行改性处理。利用插层反应对高岭石的内表面进行改性，这样可以大大提高和聚合物的接触面积，提高复合材料的性能。外来分子进入高岭石层间，并通过氢键、吸附等其它作用形式存在于高岭石内表面，不但可以使得高岭石膨胀，而且起到表面改性的作用。
 专利申请中涉及的高岭石插层改性通常的改性路线为通过将一种或几种合适的无机或有机化合物作为插层剂进入高岭石层间，扩大其层间距，减弱高岭石晶层间结合力，从而改善高岭石在其它物质，例如聚合物等中的分散性和相容性。或者再将插层剂插层后的高岭石继续在高剪切力的作用下，将高岭石晶体剥离成纳米量级的片层(CN101746768)。目前有关高岭石的插层改性剂的专利申请主要集中在高校申请。用于制备高岭石/聚合物复合材料(CN10200214)。
高岭石的有机包覆改性，表面包覆改性法是一种较早使用的传统改性方法，它是将高聚物等通过化学吸附的形式“包覆”在粉体表面而达到表面改性的方法。有机包膜改性高岭石以高岭石粒子为核，界面改性剂包覆层为壳，形成“核-壳”结构。“核-壳”粒子外壳一方面通过物理缠结和化学键合，增强有机物与高岭石间界面粘附性。在有机物包膜改性技术中，通常会预先对高岭石粒子进行表面预处理，在粒子表面形成一层薄吸附层，然后通过吸附层的作用，引入有机聚合物，形成聚合物包覆高岭石的结构，形成新型的多功能复合材料(CN103275524)。
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