高嶺土粉體表面改性技術的研究現狀及其應用概況

研究、開發不同的高嶺土表面改性方法，使其適應在不同行業中的應用要求，是擴大高嶺土應用范圍及改善其應用效果的重要手段。

高嶺土作為無機礦物填料具有廣泛的應用，但是由于高嶺土礦物的形成條件及開采加工方法的差異，導致其表面性能（物理性質如表面能、表面積、表面形態等；化學性質如表面官能團、晶體結構等）有很大差別，使得高嶺土的應用范圍具有局限性。因此研究、開發不同的高嶺土表面改性方法，使其適應在不同行業中的應用要求，是擴大高嶺土應用范圍及改善其應用效果的重要手段。

1.高嶺土表面改性目的

高嶺石晶體結構

高嶺土表面改性的目的主要是改變高嶺土表面的極性，使其由親水性變為疏水性，改善其與非極性聚合物之間的相容性。高嶺土表面的結構官能團有：-Si(Al)-OH，-Si-O-Al-和-Si(Al)-O，這些活性點是對高嶺土進行表面改性的基礎。

2.高嶺土表面改性方法

煅燒法

煅燒使高嶺土脫去水和揮發性物質，其目的在于提高高嶺土的純度、白度、改變其表面、晶體結構及加工性能等。煅燒改性高嶺土適宜用于涂料、油漆、電纜等的填料。

高嶺土在不同溫度下煅燒，其變化方程式如下所示：

偶聯劑處理法

偶聯劑處理是利用高嶺土表面的活性基團與偶聯劑間的相互作用，從而達到改變高嶺土表面性質的目的。偶聯劑的使用方法主要有整體摻和法和預處理法兩種。其中，預處理法根據處理過程中偶聯劑和無機填料混合的方式又可分為干法和濕法。

干法處理改性是在一定溫度條件下，將高嶺土粉料置于高速攪拌的混合容器中，將溶有偶聯劑的溶劑慢慢加入，攪拌一段時間后就可制得改性高嶺土填料，此方法簡單靈活，且完全省去了脫水和干燥過程，常作為普遍的改性方法。

濕法偶聯劑處理改性高嶺土，是在一定溫度條件下將高嶺土粉料浸入溶有偶聯劑的溶液中相互作用一段時間，然后使高嶺土粉與溶劑分離，再將粉料進行干燥處理。

濕法表面改性工藝

表面包覆改性法

表面包覆改性法是一種較早使用的傳統改性方法，它是將高聚物等通過物理吸附或化學吸附的形式“包覆”在粉體表面而達到表面改性的方法。該法簡便、實用性強，對一些使用要求不高的高嶺土產品常采用此法改性，如硬脂酸包膜高嶺土粉作普通橡膠填料等。

表面反應法

表面反應法可以直接對高嶺土進行表面改性，也可通過表面反應先形成可交換離子，然后進行離子交換。表面改性在降低表面能的同時改善了高嶺土的親油性和反應性，從而達到了改性的目的?？筛鶕枰x擇不同的改性條件，以達到不同的改性目的。在制造精細化、專用化產品方面，這種方法具有很大的優勢，是高嶺土深加工的一個主要方面。

插層法改性

插層改性方法是利用層狀結構粉體顆粒晶體層間較弱的結合力或者層間含有可交換的陽離子等特性，采用化學反應或離子交換等方法改變粉體的層間和界面性質。高嶺土不可進行陽離子交換，但高嶺土層間存在易形成氫鍵的-OH和Si-O鍵，層間距較小，只允許部分極性小分子（如HC-ONH2、CH3CONH2等）通過，可以將這些極性小分子插入高嶺土層間并破壞其氫鍵，撐大層間距，使層間的親水性變為疏水性，有利于其它有機物大分子通過置換過程進入，使得高嶺土以納米尺度的剝離狀態分散到各種基體中。

機械力化學法改性

機械力化學改性法實質上是借助機械能激活顆粒和表面改性劑發生作用，達到將機械能轉化為化學能的目的，可通過強機械力攪拌、沖擊、研磨等方法實現。機械力化學改性法采用不同的機器以及改性工藝，則粉體的改性效果也不同。

除了上述方法外，高嶺土表面改性方法還有表面接枝、粒子表面離子交換、等離子體改性和輻照改性、堿處理、凝聚共沉法等。對其表征，到目前為止，國內還沒有制定出一套統一的鑒定標準。目前使用較為普遍的高嶺土改性效果表征方法有沉浮法與活化指數法、有效活化指數法、濁度法、表面潤濕法、吸附性法、材料性能測定法、核磁共振、差熱分析、紅外光譜等。

3.改性高嶺土的應用

目前，全球高嶺土約45%用于造紙領域，約16%用于耐火材料，約15%用于陶瓷領域，玻璃纖維和水泥制備領域各占約6%。

高嶺土應用領域

隨著改性技術和納米技術的出現及發展，改性高嶺土和納米高嶺土展現出了更加優異的性能，極大地拓展和延伸了高嶺土的應用領域，如醫藥、化工和國防等領域。

在涂料中的應用。煅燒高嶺土是近年來發展起來的一種新型功能型填料，它作為涂料的填料不僅具有較高的白度和不透明性，能在高聚物中提供較好的穩定性和色澤，而且軟而耐磨，有較好的遮蓋力，并有不收縮、抗磨蝕等特性。

在塑料中的應用。改性煅燒高嶺土應用在塑料制品中，可提高其產品沖擊強度、穩定性和熱變形溫度等，同時可增加填料量降低成本。在熱塑性塑料中，改性高嶺土對于提高塑料的玻璃化溫度、抗張強度和模量特別有效；在熱固性塑料中，改性高嶺土具有增強塑料及預防模壓表面的纖維“起霜”及纖維表露的作用。

在環保領域的應用。改性可使高嶺土獲得更大的比表面積，增強其吸附性能，使其在污水處理等環保領域具有更好的應用性能。

在陶瓷領域的應用。改性高嶺土優良的吸附性能還被制成功能陶瓷用于微生物滅菌，同時通過改性可使高嶺土獲得殺菌性能。

在二次資源利用領域的應用。改性高嶺土還被用于二次資源利用領域，用于回收金屬離子。

在橡膠和建材領域的應用。經過煅燒改性的高嶺土可增強絕緣性、穩定性和耐腐蝕性，其優異的性能使其成為一種成本較低的高效填料。作為橡膠補強劑的高嶺土，其Mn的含量必須小于0.007%～0.0045%，否則會加速橡膠的老化。經過多年的研發，高嶺土表面改性已取得了豐碩的成果，特別是在用偶聯劑表面改性高嶺土補強橡膠方面成果尤為顯著。

結語

目前，我國生產的高嶺土產品質量較低，優質高嶺土依賴進口，優化及創新高嶺土表面改性及提純工藝至關重要。改性高嶺土也已經不僅僅局限于作為橡膠、塑料等行業的填料，它的應用范圍已經逐步拓展、深入到醫藥、環保、國防等領域。隨著研究的繼續深入，期待新的應用領域的出現。