煤系高嶺土表面改性需要注意的幾個問題！

高嶺石礦物是1:1型層狀二八面體硅酸鹽礦物，其理想化學式為Al4Si4O10（OH）8，其晶體結構中的羥基是主要的官能團和活性反應點，非煅燒或非煤系中的軟質高嶺土就是通過羥基與表面改性劑發生反應達到表面改性目的。

煤系高嶺土與傳統的非煤系高嶺上在結構及理化性能方面有很大區別，特別是煤系高嶺土煅燒以後，由於羥基的脫去，其表面改性機理與非煅燒高嶺土有很大不同，因而必須針對煅燒高嶺土自身結構和性質特點，選擇有效的表面改性劑。

1、煤系高嶺土與普通高嶺土的區別

（1）表面官能團的不同

高嶺石煅燒後，內部結構發生了變化，其晶體結構中的羥基在550℃以上的煅燒溫度已經脫失殆盡。羥基的脫去使高嶺石晶體顆粒與表面改性劑之間賴以反應結合的「橋樑」不復存在，從而使煅燒高嶺土與非煤系軟質高嶺土的改性機理和反應過程完全不同。

高嶺石煅燒前後，其表面的官能團和活性反應點已發生變化。煅燒前表面官能團和反應活性點主要為羥基，其表面改性機理主要是通過高嶺石表面羥基與偶聯劑分子的水解基團形成氫鍵縮合。煅燒後高嶺石表面官能團和反應活性點則主要為Si-O和Al-O鍵，因此應選擇易與Si-O和Al-O鍵形成化學配位的表面改性劑。

（2）內部結構的變化

高嶺土煅燒後，除表面官能團發生變化外，內部結構也發生了變化，特別是當煅燒溫度超過600℃後，高嶺土所有X射線衍射峰消失，紅外光譜的譜峰也發生遷移、合併，表現出煅燒高嶺土已處於一種無序的非晶質相。

高嶺土的這種結構無序化必將影響其理化性能，進而對高嶺土的表面改性工藝、機理及效果造成影響。

（3）表面酸鹼度的變化

此外，高嶺土煅燒後表面酸鹼度也發生變化，酸度增加。一般高嶺石的pH值在6-7之間，煅燒後在5.6-6.1之間。因此在改性過程中應有目的地選擇呈弱鹼性的表面改性劑，從而使兩者能夠有效地發生化學反應，使表面改性劑分子偶聯在礦物表面。

（4）表面活性的變化

此外，煤系高嶺土煅燒後，由於失去羥基、表面存在大量的斷鍵等因素而顯示出極大的表面活性，表面能也相應增加。

但高嶺土比表面積和表面能太高時易發生團聚現象，填充橡膠、塑料等有機高分子材料時不能均勻分散，反而不利於製品性能的提高。從這點來說，必須對煤系高嶺土進行表面改性，以降低其表面能。

2、煤系高嶺土表面改性劑的選擇

煅燒高嶺土改性後主要是作為橡膠、塑料、塗料的填料，常採用表面化學改性的方法，這也是目前無機填料或顏料最主要的表面改性處理方法。

硅烷偶聯劑是高嶺土填料最常用和最有效的表面改性劑，但實際上，僅僅採用硅烷偶聯劑對煅燒高嶺土進行表面改性的效果並不十分理想。

硅烷作為偶聯劑應用效果最好的是白炭黑，這是因為白炭黑表面具有比高嶺石多得多的羥基，填料粒子表面羥基愈多愈易與硅烷發生偶聯反應。特別是煤系煅燒高嶺土，高嶺石的羥基已脫失，不可能與硅烷發生氫鍵縮合。

因此，煅燒高嶺土與硅烷偶聯劑之間的反應可能更多是化學吸附反應，而不是化學結合反應。應該結合煤系煅燒高嶺土表面結構特點及應用目的，有效地選擇合適的表面改性劑。

表面改性劑的種類、用量和使用方法直接影響著表面改性的效果。如果僅從表面改性劑分子與無機粉體表面相互作用的角度來考慮，當然是二者之間的相互作用越強越好，但是在實際操作中，還必須綜合考慮改性產品的成本、應用目的等因素。

例如，當煅燒高嶺土改性後用做電纜絕緣橡膠、塑料的填料時，就需要考慮表面改性劑的介電性能及體積電阻率。

如果改性高嶺土是用做橡膠的補強填料，在選擇改性劑時，不但要考慮改性劑與高嶺土的黏結強度，而且還需要考慮改性劑分子與橡膠大分子之間的結合強度，只有使二者均達到最優，才是改性效果最好的表面改性劑。

部分來源：煤系高嶺土表面改性若干問題與對策，作者：劉欽甫

編輯整理：粉體技術網

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