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10个高岭土表面改性配方汇总(一)
来源:中国粉体技术网    更新时间:2025-02-11 09:07:49    浏览次数:
 
  在高岭土应用过程中,改性作为重要的深加工方式,是以高岭土活性基团(包括铝醇基、硅烷醇官能团等)为基础,通过机械法、物理法、化学法等进行高岭土工艺特性的改变,以满足其在各领域生产中的应用要求。
  
  改性剂种类繁多,表面改性剂种类繁多,且配方(品种、用量和用法)针对性很强。为此,粉体技术网特意整理了10个高岭土表面改性配方,仅供各位同行参考了解,具体如下:
  配方1:KH-550(橡胶领域)
  配方2:KH-550(水解和未水解对比)
  配方3:JL含硫有机硅偶联剂
  配方4:硅烷偶联剂KH-570(压敏胶领域)
  配方5:辛基三甲氧基硅烷(OTMS)
  配方6:氨基硼酸酯偶联剂
  配方7:液态三元乙丙橡胶(LEPDM)
  配方8:含氢硅油
  配方9:尿素、乙酸钾、三乙醇胺、柠檬酸、氟化铵(陶瓷领域)
  配方10:硅烷与钛酸酯偶联剂(对比)
  
  配方1:KH-550(橡胶领域)
  改性剂:硅烷偶联剂KH-550,用量为0.04%,改性时间为1min。
  改性方法:将一定量高岭土放入多功能粉碎机内,并按比例滴加一定量的改性剂(偶联剂KH-550),利用超高速的剪切粉碎和搅拌作用完成高岭土改性,达到预定时间后停机,倒出改性高岭土备用。
  测试与表征:沉降体积、Zeta电位、红外(IR)谱、胶料的物理性能。
  改性效果:与未改性高岭土胶料相比,改性高岭土胶料的物理性能明显提高,拉伸强度提高89%,撕裂强度提高21%,DIN磨耗量减小18%。与未改性高岭土相比,改性高岭土与橡胶的相容性改善,与橡胶基体结合良好,有利于传递应力,使胶料呈现优异的物理性能。
  
  配方2:KH-550(水解和未水解对比)
  改性剂:硅烷偶联剂KH-550,用量为5%。
  改性方法:采用干法改性,将煅烧高岭土粉体在高速混合机中以1500r/min高速搅拌,同时通过喷淋装置将硅烷偶联剂溶液常温雾化喷到粉体上,升温干燥使溶剂挥发,最后高速搅拌打散并收集样品。
  测试与表征:白度、吸油量、扫描电镜、红外光谱和能谱分析。
  改性效果:水解和未水解的硅烷偶联剂对高岭土的改性效果显著,但区别不明显,两种改性方式对高岭土白度影响较小,改性后吸油量均下降。扫描电镜分析表明,850℃和900℃煅烧高岭土主要物相为无定型偏高岭土,改性后更易团聚。1000℃煅烧高岭土主要物相为莫来石和石英晶体,改性后不易团聚。红外光谱和能谱分析表明,改性剂分子与高岭土粉体表面发生化学结合作用。
  
  配方3:JL含硫有机硅偶联剂
  改性剂:JL含硫有机硅偶联剂,总含硫量不低于20.0%,密度(20℃)1.07~1.09g/cm3。
  改性方法:取3kg煤系高岭土放入高速混合机中,当温度达到设定值时,加入一定量改性剂反应5min,得到改性煤系高岭土。
  测试与表征:SEM、FTIR、丁苯橡胶制品性能。
  改性效果:(1)采用含硫有机硅偶联剂,在改性剂用量为1%,改性温度为105℃条件下,对煤系高岭土进行改性,并以30%用量代替N660炭黑补强丁苯橡胶,补强橡胶抗拉强度和延伸率分别为19.96MPa和527.1%,比较纯炭黑补强时分别提高0.08MPa和35.4百分点,补强效果较好。
  
  (2)改性后煤系高岭土仍为片层结构,但是颗粒大小较均匀,尺寸多为几微米,且表面附着改性剂微粒,更易与丁苯橡胶基体结合。
  
  (3)FTIR分析结果表明,改性剂与高岭土表面发生化学键合作用,使煤系高岭土由亲水性变为亲油性,增强了煤系高岭土补强橡胶的性能。
  
  配方4:硅烷偶联剂KH-570(压敏胶领域)
  改性剂:硅烷偶联剂KH-570。
  改性方法:(1)高岭土羟基化:先将质量分数为0.3的氢氧化钠溶液加入到250mL三口烧瓶中,再将10g高岭土加至三口烧瓶中,在90℃下剧烈搅拌6h,反应结束冷却,将改性混合液放入离心机中离心,取下层沉淀(产物),使用蒸馏水多次洗涤产物,最后将产物在80℃下真空干燥48h,得到羟基化的高岭土。
  (2)硅烷偶联剂改性:取10g羟基化的高岭土加入至装有蒸馏水(10mL)和无水乙醇(75mL)的三口烧瓶中,使用冰醋酸将溶液调至弱酸性,超声30min,使羟基化的高岭土分散均匀,随后向三口烧瓶中加入2gKH-570,在85℃下剧烈搅拌6h,冷却至室温后,将改性混合液放入离心机中离心,取下层产物,并用无水乙醇多次洗涤产物,在80℃下真空干燥产物24h,得到改性高岭土。
  测试与表征:FTIR分析、接触角、TG分析、丙烯酸酯复合压敏胶性能。
  改性效果:当高岭土-KH570质量分数为1.5%时,高岭土-KH570/丙烯酸酯PSA的粘接性能最佳,与未添加kaolin的丙烯酸酯PSA相比,其初粘力、180°剥离强度和23℃持粘力分别提高35.7%,30.7%和128.6%;采用高岭土-KH570/丙烯酸酯PSA膜片对绝缘子表面清污,绝缘子表面的洗净率和除盐率可达到85.8%和80.6%,而憎水性从HC6级恢复至HC1级,且绝缘性能提高,提升了复合绝缘设备在污秽条件下运行的可靠性。
  配方5:辛基三甲氧基硅烷(OTMS)
  改性剂:辛基三甲氧基硅烷(OTMS)
  改性方法:将0.1g超细高岭土分散于10mL去离子水中,超声处理1h使其均匀分散,之后滴入醋酸,调节pH至4,加入硅烷偶联剂,并在65℃下水浴搅拌1h,将分散液真空干燥获得经改性后的超细高岭土。
  测试与表征:XRD、红外光谱、扫描电镜、超细高岭土-淀粉-壳聚糖复合薄膜性能。
  改性效果:未经改性的超细高岭土对基体的微观结构及机械性能有一定提升,表明超细高岭土对淀粉壳聚糖基体具有明显的增强作用。辛基三甲氧基硅烷经水解后的不同官能团接枝在超细高岭土表面和层间,经插层进入基体后,在不破坏分子结构的前提下改变了分子构型,填料与基体以氢键和离子键成功结合,有效地降低了复合材料的结晶程度,提升了复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐水性。
  
  配方6:氨基硼酸酯偶联剂
  改性剂:氨基硼酸酯改性剂SB-181、氨基硼酸酯改性剂Zr-201。
  改性方法:将去离子水在恒温水浴锅中加热到80℃,加入氨基硼酸酯偶联剂及界面调节剂,然后打开高速分散机,转速为12000r/min,搅拌10min,使偶联剂乳化成均匀的乳液;缓慢加入高岭土,提高转速至20000r/min,继续搅拌一段时间,再减速搅拌10min后停机;取料经过滤,将浆料放在105℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥至质量恒定,经粉碎即得改性高岭土。
  
  测试与表征:混炼胶性能。
  改性效果:(1)湿法改性高岭土取代白炭黑后,胶料最突出的优点在于加工性能改善和压缩生热降低,弹性变好,拉断伸长率增大。胶料混炼时排胶温度和混炼能耗明显降低,焦烧时间延长。胶料不足之处也很明显,定伸应力和撕裂强度下降,耐磨性能明显变差,密度和拉断永久变形稍有增大。高岭土湿法改性时间为10~15min时效果较好。
  (2)改性剂Zr-201改性高岭土的效果优于改性剂SB-181,胎面胶拉伸强度高,耐磨性好。
  
  配方7:液态三元乙丙橡胶(LEPDM)
  改性剂:液态三元乙丙橡胶(LEPDM)SH-15
  改性方法:将高岭土和LEPDM以质量比90∶10加入高速混合机中,转速为24000r/min,混合2min,通过高速剪切作用将黏稠状LEPDM粉碎并分散,均匀包覆于高岭土表面,制得了改性高岭土。
  测试与表征:FTIR、SEM、PP材料性能
  改性效果:高岭土及改性高岭土均会改善PP的力学性能、加工性能和阻燃性能。当填料含量相同时,PP/改性高岭土复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度和加工性能均优于PP/高岭土复合材料,PP/高岭土复合材料的阻燃性能和弹性模量均优于PP/改性高岭土复合材料。当改性高岭土质量分数为10%时,PP/改性高岭土复合材料的缺口冲击强度和MFR均达到最大,分别为12.63kJ/m2和1.75g/10min。
  
  
  配方8:含氢硅油
  改性剂:含氢硅油
  改性方法:将纳米级高岭土配成质量分数10%的浆液,按质量分数加入3%的CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)后进行喷雾干燥(条件:进口温度150℃,压力0.1Mpa)。喷雾干燥后,加入高岭土质量5%比例的改性剂(含氢硅油),将反应体系加热至90℃,连续搅拌(转速800r/min)20min;改性后,在95℃环境下干燥24h,得到改性粉体。
  测试与表征:分散率、活化指数。
  改性效果:随着含氢硅油和高岭土比值的增大,活化指数呈递增趋势,而分散率先增大后减小。当m(含氢硅油):m(高岭土)=1:30时,活化指数和分散率均达到最大,分别为98%和92%;当含氢硅油和高岭土的比值继续增大时,活化指数基本保持不变,而分散率略有降低,可以推断当m(含氢硅油):m(高岭土)=1:30时,高岭土颗粒表面已完全被含氢硅油包裹,改性效果达到最佳状态。
  
  配方9:尿素、乙酸钾、三乙醇胺、柠檬酸、氟化铵(陶瓷领域)
  改性剂:尿素、乙酸钾、三乙醇胺、柠檬酸、氟化铵。
  改性方法:以三聚磷酸钠作为分散剂,将高岭土、各种改性剂、水及分散剂一并加入快速球磨机中球磨30min,料球水比为1:5:1,泥浆出磨后静置24h,脱水后烘干待用。
  测试与表征:XRD、FTIR及粒度测试、SEM。
  改性效果:(1)在乙酸钾/三乙醇胺改性高岭土体系中,5%乙酸钾+4%三乙醇胺以及6%乙酸钾对高岭土改性效果最好,并且在高温与低温陶瓷坯料的合适添加量均为1%。在高温陶瓷坯料中,添加5%乙酸钾+4%三乙醇胺改性的高岭土效果最好,可以提高试样抗折强度值26.72%,并且降低烧成温度50℃;在低温陶瓷坯料中,添加6%的乙酸钾改性高岭土效果最好,可以提高试样抗折强度值34.97%,同时降低烧成温度50℃。
  (2)在尿素/三乙醇胺改性体系中,3%尿素+3%三乙醇胺以及3%尿素+8%三乙醇胺两组改性剂对高岭土改性效果最好。在高温陶瓷坯料中应用较好的是3%尿素+3%三乙醇胺改性的高岭土,在坯料中添加1%的改性高岭土就可以提升试样抗折强度值约25.93%,同时降低烧成温度50℃;在低温陶瓷坯料中应用较好的是3%尿素+8%三乙醇胺改性的高岭土,在坯料中添加2%改性高岭土可以提升试样抗折强度值约30.62%,同时降低烧成温度50℃。
  (3)在柠檬酸/氟化铵改性高岭土的体系中,8%柠檬酸+1%氟化铵以及10%柠檬酸对高岭土进行改性效果最好,可以有效促进高岭土中莫来石的生成。在高温陶瓷坯料中,添加2%的8%柠檬酸+1%氟化铵改性的高岭土效果最好,相对于未添加改性高岭土的试样抗折强度可提升29.89%,并可降低烧成温度50℃。在低温陶瓷坯料中添加2%的10%柠檬酸改性的高岭土,相对于未添加改性高岭土的试样,抗折强度可提升37.78%,并同时降低烧成温度50℃。
  
  配方10:硅烷与钛酸酯偶联剂(对比)
  改性剂:硅烷偶联剂KH-540、KH-550,钛酸酯偶联剂NDZ-130、NDZ-132。
  改性方法:将一定量的煤系高岭土置于105±5℃的恒温干燥箱中干燥1h,然后将干燥后的高岭土投入高速混合机中,启动高速搅拌,升温至设定温度时慢慢加入偶联剂(部分偶联剂经水解处理或与特种表面活性剂复合处理),高速搅拌15~20min后出料,即制得改性煤系高岭土。
  测试与表征:尼龙66复合材料制品性能。
  改性效果:(1)煤系高岭土经四种不同偶联剂进行表面改性处理,均可提高PA66/煤系高岭土复合材料的冲击韧性,且以硅烷偶联剂KH–550处理体系综合力学性能最佳。
  (2)硅烷偶联剂KH–550质量分数为1.5%时,PA66/煤系高岭土复合材料力学性能最好。
  (3)随着偶联剂KH–550用量增加,PA66/煤系高岭土复合材料颜色由黄黑逐渐变亮白。偶联剂质量分数超过1.5%后,复合材料颜色变化变平缓。
  (4)随着偶联剂KH–550用量增加,PA66/煤系高岭土复合材料的MFR增大。当偶联剂质量分数达到1.5%时,PA66/煤系高岭土复合材料的MFR增至14.6g/10min,复合材料具有很好的流变性能。
  
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