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煤系高岭土与普通高岭土的区别、表面改性剂的选择

高岭石矿物是1:1型层状二八面体硅酸盐矿物,其理想化学式为Al4Si4O10(OH)8,其晶体结构中的羟基是主要的官能团和活性反应点,非煅烧或非煤系中的软质高岭土就是通过羟基与表面改性剂发生反应达到表面改性目的。

煤系高岭土与传统的非煤系高岭上在结构及理化性能方面有很大区别,特别是煤系高岭土煅烧以后,由于羟基的脱去,其表面改性机理与非煅烧高岭土有很大不同,因而必须针对煅烧高岭土自身结构和性质特点,选择有效的表面改性剂。下面贤集网小编详细为大家介绍煤系高岭土与普通高岭土的区别及表面改性剂的选择。

煤系高岭土与普通高岭土的区别、表面改性剂的选择

1、煤系高岭土与普通高岭土的区别

(1)表面官能团的不同

高岭石煅烧后,内部结构发生了变化,其晶体结构中的羟基在550℃以上的煅烧温度已经脱失殆尽。羟基的脱去使高岭石晶体颗粒与表面改性剂之间赖以反应结合的“桥梁”不复存在,从而使煅烧高岭土与非煤系软质高岭土的改性机理和反应过程完全不同。

高岭石煅烧前后,其表面的官能团和活性反应点已发生变化。煅烧前表面官能团和反应活性点主要为羟基,其表面改性机理主要是通过高岭石表面羟基与偶联剂分子的水解基团形成氢键缩合。煅烧后高岭石表面官能团和反应活性点则主要为Si-O和Al-O键,因此应选择易与Si-O和Al-O键形成化学配位的表面改性剂。

(2)内部结构的变化

高岭土煅烧后,除表面官能团发生变化外,内部结构也发生了变化,特别是当煅烧温度超过600℃后,高岭土所有X射线衍射峰消失,红外光谱的谱峰也发生迁移、合并,表现出煅烧高岭土已处于一种无序的非晶质相。

高岭土的这种结构无序化必将影响其理化性能,进而对高岭土的表面改性工艺、机理及效果造成影响。

(3)表面酸碱度的变化

此外,高岭土煅烧后表面酸碱度也发生变化,酸度增加。一般高岭石的pH值在6-7之间,煅烧后在5.6-6.1之间。因此在改性过程中应有目的地选择呈弱碱性的表面改性剂,从而使两者能够有效地发生化学反应,使表面改性剂分子偶联在矿物表面。

(4)表面活性的变化

此外,煤系高岭土煅烧后,由于失去羟基、表面存在大量的断键等因素而显示出极大的表面活性,表面能也相应增加。

但高岭土比表面积和表面能太高时易发生团聚现象,填充橡胶、塑料等有机高分子材料时不能均匀分散,反而不利于制品性能的提高。从这点来说,必须对煤系高岭土进行表面改性,以降低其表面能。

2、煤系高岭土表面改性剂的选择

煅烧高岭土改性后主要是作为橡胶、塑料、涂料的填料,常采用表面化学改性的方法,这也是目前无机填料或颜料最主要的表面改性处理方法。

硅烷偶联剂是高岭土填料最常用和最有效的表面改性剂,但实际上,仅仅采用硅烷偶联剂对煅烧高岭土进行表面改性的效果并不十分理想。

硅烷作为偶联剂应用效果最好的是白炭黑,这是因为白炭黑表面具有比高岭石多得多的羟基,填料粒子表面羟基愈多愈易与硅烷发生偶联反应。特别是煤系煅烧高岭土,高岭石的羟基已脱失,不可能与硅烷发生氢键缩合。

因此,煅烧高岭土与硅烷偶联剂之间的反应可能更多是化学吸附反应,而不是化学结合反应。应该结合煤系煅烧高岭土表面结构特点及应用目的,有效地选择合适的表面改性剂。

表面改性剂的种类、用量和使用方法直接影响着表面改性的效果。如果仅从表面改性剂分子与无机粉体表面相互作用的角度来考虑,当然是二者之间的相互作用越强越好,但是在实际操作中,还必须综合考虑改性产品的成本、应用目的等因素。

例如,当煅烧高岭土改性后用做电缆绝缘橡胶、塑料的填料时,就需要考虑表面改性剂的介电性能及体积电阻率。

如果改性高岭土是用做橡胶的补强填料,在选择改性剂时,不但要考虑改性剂与高岭土的黏结强度,而且还需要考虑改性剂分子与橡胶大分子之间的结合强度,只有使二者均达到最优,才是改性效果最好的表面改性剂。(资料来源:贤集网)

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