煅烧高岭土的表面改性是一种非常重要的深加工手段，也是扩大煅烧高岭土应用领域和提高有机高分子制品质量的一条十分有效的途径。
　　对煅烧高岭土进行表面改性，是要改变高岭土粉体颗粒界面的性质，改善煅烧高岭土与有机高分子材料的亲合性，提高在有机高分子材料中的分散性，增强制品的多种性能，起到功能性的作用，增加煅烧高岭土的填加量，提高产品档次，降低高分子制品的成本。
 
1、煅烧高岭土如何选择表面改性剂？
 
　　煅烧高岭土的表面改性是根据应用的需要，将其表面原有的物理化学性质进行改变。即是利用表面化学的方法，将有机物分子的官能团在煅烧高岭土颗粒表面产生吸附作用或化学反应，对颗粒表面进行包覆，使煅烧高岭土的表面有机化，便于与有机高分子材料的结合。
　　煅烧高岭土表面改性主要使用硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂等。
 
（1）硅烷偶联剂
 
　　硅烷偶联剂具有品种多、结构复杂、用量少而效果显著、用途广泛的特点。硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同性质基团的有机硅化合物，可以用以下通式表示：YSiX3，其式中X3是水解基团，一般是烷氧基，这类基团水解后生成Si-OH，可与煅烧高岭土颗粒表面产生化学反应，形成氢键，并缩合成共价键。由于氢键和共价键是远比范德华力强的界面作用力，而且硅烷偶联剂与煅烧高岭土粉体间的界面总键能要远远高出单纯的物理吸附。因此呈现出对煅烧高岭土粉体界面有很强的附着力。
　　在此期间硅烷偶联剂各分子间的Si-OH相互缩合，齐聚形成网状结构的膜，覆盖在高岭土粉体颗粒的表面，并外露有Y反应活性的官能团。这些反应活性官能团可与有机高分子材料等发生键合作用，使煅烧高岭土与有机高分子基料之间产生强有力的交联，形成牢固的化学键。
　　当前，已商品化的硅烷偶联剂已有近百种，在无机粉体颗粒的表面改性中常用的是乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、羧基硅烷、甲基硅烷等。硅烷偶联剂是合成的，一般是硅原子上有可水解基团的合成和硅原子上有官能团的合成。无机粉体表面改性常用的硅烷偶联剂采用的是后者的合成方法。
　　硅烷偶联剂的选择是煅烧高岭土表面改性的关键技术。由于硅烷偶联剂的水解速度取决于硅官能团，而与有机高分子材料的反应活性则取决于碳官能团。选择的方法主要是通过试验预选，并应在既有经验或规律的基础上进行。由于各种材料的润湿，表面界面层及极性吸附、酸碱的作用、共价键的反应等因素的不同，因而，光靠试验预选有时还不够，还需综合考虑材料的组成及其对硅烷偶联剂反应的敏感度等。
　　硅烷偶联剂的使用效果，与硅烷偶联剂的种类及用量、基材的特性、树脂或聚合物的性质以及应用的场合、方法及条件等有着密切的关系。对特殊要求的产品要选择两种以上的偶联剂，配制成复合偶联剂。也可以根据材料的性能和技术的要求等，分别加入一定量的助剂或其他的改性剂，配合硅烷偶联剂对煅烧高岭土进行更有效的表面改性。
　　硅烷偶联剂的用量取决于煅烧高岭土单位比表面积及硅烷偶联剂所需覆盖表面的量。可根据改性高岭土粉体的用量、比表面积及改性剂的最小包覆面积计算出。一般我们的经验用量是0.3%～1.5%。
 
（2）钛酸脂偶联剂
 
　　钛酸脂偶联剂分为单烷氧型、螯合型、配位型。单烷氧型的特点是含有多种功能，适用范围广，主要适用于处理干燥的煅烧高岭土粉体。螯合型含有乙醇螯合基，适用于含水多的高岭土粉体的表面改性。配位型耐水性好，多数不溶解于水，不发生酯交换反应，适用多种类型的煅烧高岭土改性。
　　在煅烧高岭土的表面改性中，钛酸脂偶联剂一般不单独使用，主要还是与硅烷偶联剂混配使用，其效果比单一用钛酸脂偶联剂改性要好。
 
（3）铝酸酯偶联剂
 
　　铝酸酯偶联剂以前因易水解而很少使用。近年来厂家生产铝酸酯采取了部分满足中心铝原子配位数的特殊结构，使铝酸酯偶联剂得到了很好的应用。
 
2、煅烧高岭土如何选择表面改性设备与工艺？
 
　　一般煅烧高岭土的表面改性是以干法改性为主。干法改性成本低，工艺技术要求不复杂，改性效果能达到要求。目前国内表面改性的设备有高速捏合机和连续改性机，也可用高频振动研磨机等对煅烧高岭土进行表面改性。
 
（1）用高速捏合机改性
 
　　将煅烧高岭土粉体加入到捏合机中，在搅拌叶片的高速旋转运动下，高速旋转的料流撞击到折流板上，改变物料流动的方向，物料可旋转式的上下转动，强化了物料的混合与分散效果，当磨擦升温后，滴加助剂，调整煅烧高岭土的表面性质。当温度继续上升到90℃时，以雾化或滴加的方式加入改性剂，然后再进行高速搅拌等工艺。
 
（2）用连续改性机改性
 
　　用SLG三筒连续改性机时将煅烧高岭土和复合改性剂按一定比例分加，并以螺旋送料的方式进入到改性腔中，煅烧高岭土可在该段加热。当物料进入改性腔体后，在高速旋转的转子带动下，呈流化态旋转，对煅烧高岭土进行充分的混合打散和强制表面改性。
　　PSC连续改性机是先将高岭土在螺旋送料段加热，然后用螺旋方式输送到雾化腔体，将复合改性剂以雾状与其他改性剂的雾化态加入，得以与加温后的煅烧高岭土充分的混合。然后进入打散段，在搅拌棒的高速搅拌下，对物料进行充分的打散和混合。
 
（3）用高频振动研磨机进行表面改性
 
　　该设备是依靠激振器，使筒体内的介质产生高频率小振幅的振动，由于振动加速度比重力加速度大得多，使磨管内的介质产生高强度的冲击和旋转运动，并且高岭土可以快速升温，使物料在强力振动和一定的温度中能快速有效的被打散混合。该设备可将煅烧后的高岭土的打散和表面改性一次完成，在打散的过程中即可进行表面改性。
　　使用该设备前首先要调整好介质的级配，当物料输入磨机后经振动磨擦升温，复合改性剂可在磨管的加液口处以雾化的方式按物料的流动量，以一定的比例定量加入。也可在上、下磨管的加液口处，分别加入助剂和改性剂等。该设备的改性效果不但好，而且还可提高煅烧高岭土的加工效率，简化生产工艺，降低煅烧高岭土的改性成本，具有很好的应用价值。
　　不管选用什么样的表面改性设备，一定要满足煅烧高岭土表面改性的工艺技术要求。首先要求设备能够加热，并能保温，有打散功能，要根据改性剂与高岭土反应机理的技术条件选择理想的改性机。
 
3、煅烧高岭土改性后应用效果如何？
 
　　经表面改性后的煅烧高岭土与有机高分子材料的交联性有了改善，其分散得到了提高，承受外界负荷的有效截面得到增加，使有机高分子材料制品的力学性能等得到增强，功能性大大提高。
 
（1）改性煅烧高岭土在涂料中的应用
 
　　无机填料一般在涂料液态有机相中的分散可分为润湿，解聚及抗絮凝三个过程。
　　经表面改性后的煅烧高岭土由亲水变为疏水、亲油、低表面能、吸油量少、易被有机基料润湿、不絮凝、易分散。由于其颗粒表面能的变化，吸油量的减少，降低了与涂料基料间的结构作用，使涂料的粘度降低，消除了高岭土的絮凝，提高了分散性。同时也改善了涂料的流变性和防沉降。并且增加了改性高岭土的添加量，更多的替代颜料等，节约树脂基料，降低成本，这也适应环保的高固体涂料的要求。
　　由于改性高岭土的改性剂主体是有机硅类高分子材料，它们具有优良的耐高低温、耐紫外线、耐氧化降解以及电绝缘等性能。经表面改性的煅烧高岭土，用于耐候涂料、耐热涂料、电绝缘涂料、隔离涂料中均可对这些产品特殊性能的要求起到一定的作用。
 
（2）改性高岭土在塑料制品中的应用
 
　　在PVC塑料电缆中加入改性煅烧高岭土，可提高电缆的体积电阻率，是PVC高压电缆生产中不可缺少的一种功能性材料。
　　改性煅烧高岭土填料加到农用PE塑料大棚膜中，可起到阻隔远红外线的作用。由于在农用塑料大棚膜中，夜间土壤的温度高于棚内空间的温度时，土壤将发出波长7～14μm的远红外线，而填加改性高岭土的大棚膜，可起到阻隔作用。
 
（3）改性煅烧高岭土在橡胶制品中的应用
 
　　改性高岭土在橡胶中的应用，一般都能起到半补强以上的效果，并有利于和胶料的交联，其分散效果及硫化效率有明显的改善，对其加工工艺有一定的提高，可增加高岭土的填加量，起到提高质量和降低成本的作用，是橡胶制品中比较理想的补强填料。
 
（4）改性煅烧高岭土在其他方面的应用
 
　　改性煅烧高岭土应用于绝缘材料行业中，可起到阻燃、提高电阻率、部分替代三氧化二锑。工业化生产应用阻燃效果能达到V0级。另外还能起到防沉降和降低成本的作用。
　　改性煅烧高岭土填加到尼龙等工程塑料中，可使产品的尺寸稳定性、硬度、变形温度等性能都有较大的提高，并可降低产品的成本。
 
4、煅烧高岭土表面改性有哪些问题需注意？
 
　　改性煅烧高岭土粉体主要应用于涂料、塑料、橡胶等行业。但是这些高分子制品行业所用的有机原料、配方、加工工艺及技术性能的要求是不同的，这样就给煅烧高岭土的表面改性，以及高岭岩粉的煅烧等提出了一些重要的要求。
 
（1）高岭岩煅烧温度的选择
 
　　根据高岭岩的煅烧工艺过程，在较低温度煅烧时，高岭土的活性比较高。在较高温度煅烧时，可形成铝尖晶石，并在一定温度下有莫来石化产生，此时高岭土的活性比较低，不能满足一些有机高分子制品的需要。所以在不同的行业中应用，应选择不同煅烧温度的高岭土，并根据不同的技术要求进行表面改性。
　　例如：电缆用改性高岭土就需要用低温煅烧出的高岭土，其表面活性好，在电缆中应用能起到很好的效果。涂料用改性高岭土的煅烧温度可以偏高，因为它主要是替代部分颜料，但也不能过高，产生莫来石化。
 
（2）助剂及偶联剂的选择
 
　　助剂和偶联剂的选择是煅烧高岭土表面改性最重要的环节。一般煅烧高岭土改性选择的是硅烷类和钛酸脂类的偶联剂。
　　另外，煅烧高岭土的表面改性，不仅仅只用偶联剂来进行表面改性，而应根据煅烧高岭土的性质及有机高分子制品的一些工艺技术要求加入一定量的助剂，配合偶联剂进行更有效的表面改性。
 
（3）表面改性工艺的选择
 
　　不管选择什么表面改性设备，都应有加热装置，在预热时加入助剂，也可将两种以上的偶联剂及助剂复合后加入，也可将不同的偶联剂和助剂分开加入，加入的方法一定要以雾化法加入，并要保温一定的时间和打散。
　　从21世纪开始，有机高分子制品行业已进入产业的转型和开放阶段。从数量主导型向质量、品种、效益为主导的产业结构过渡，以达到产业开放的目标。为此我们高岭土行业也要面对现实，应围绕有机高分子制品行业的发展方向，并与其产品的生产技术紧密结合，把高岭土的表面改性向高质量型、高技术型、高附加值以及多功能型转化，将煅烧高岭土的表面改性提高到一个更高的层次。
 
来源：煤系煅烧高岭土的表面改性和应用效果及应注意的问题
编辑整理：粉体技术网
 

更多精彩！欢迎扫描下方二维码关注中国粉体技术网官方微信（粉体技术网）