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煅烧高岭土表面改性常用药剂、工艺与设备

发布来源:  发布日期: 2023-06-08  访问量:218

煅烧高岭土是塑料、橡胶、纤维等聚合物材料的重要功能填料,但由于其与有机聚合物的界面性质不同,相容性差,难以均匀分散,过量添加也会导致材料机械强度下降、脆性等。因此,除了白度和粒度的要求外,还必须采用物理化学方法对高岭土表面进行涂层改性,以改变其表面的物理化学性质,提高其与聚合物材料的相容性,提高其在聚合物材料中的分散性。

1.煅烧高岭土常用的表面方法

煅烧高岭土表面改性通常采用表面化学方法,即在高岭石颗粒表面覆盖一层有机物(偶联剂),改变高岭石的表面性质,从亲水油到亲水油,增强与有机基体的相容性。

常用的偶联剂有硅烷和钛酸酯偶联剂,其作用机制是:偶联剂水解成亲水基团和疏水基团,亲水基团可与高岭土颗粒表面基团发生化学反应,形成共价键;疏水基团可与聚合物结合,或产生更稳定的化学键。

(1)硅烷偶联剂

硅烷偶联剂的羟基可以与高岭土表面活性基团反应形成氢键,然后缩合成共价键,使硅烷偶联剂与高岭土稳定结合。相继产生的氢键覆盖在高岭土表面,使反应性疏水基团R在塑化过程中容易与有机聚合物材料中的活性基团反应,形成强化学键,使硅烷偶联剂与聚合物材料稳定结合。

乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、甲基硅烷等常用硅烷偶联剂。

(2)钛酸酯偶联剂

适用于高岭土表面改性的钛酸酯偶联剂类型为单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸酯基型和配位型。一般来说,钛酸酯偶联剂不单独用于煅烧高岭土的表面改性,主要与硅烷偶联剂一起使用,改性效果好。

2、煅烧高岭土表面改性工艺和设备

粉末表面改性工艺一般有湿法、半干法和干法三种。表面改性一般以干法为主。干法改性成本低,工艺技术要求不复杂,效果能满足要求。

目前,国内表面改性设备包括高速捏合机和连续改性机。煅烧高岭土也可采用高频振动研磨机进行表面改性。

(1)高速捏合机改性

高速捏合机,又称高速混合机,是我国高岭土改性的主流设备。高岭土改性合格高速捏合机应注意以下几个方面:

a)叶轮的数量、位置、半径和形状,叶轮与混合器内壁之间的间隙;

b)搅拌速度是否可调;

c)是否有合适的排气装置;

d)是否有恒温装置。

这些性能是影响高岭土改性效果的重要指标。

由于高速捏合机是一种间隙改性设备,会导致产品质量参差不齐,降低生产效率。此外,在改性过程中,高岭土粉末的纳米效应和小尺寸效应会使表面改性剂与粉末颗粒产生静电,的碰撞摩擦下产生静电,而不会完全接触、覆盖或化学反应,然后凝结成粉末。这就是复合材料中所谓的白点。

(2)连续改性机改性

连续改性机具有产品质量稳定、生产效率高的优点,在国外使用成熟。目前主要用于滑石粉、云母、碳酸钙等粉末的改性。

由于高岭土粘结性大,螺旋输送容易造成堵料,分散效果不如高速捏合机。因此,我国连续改性机改性高岭土的使用受到限制,需要进一步改进。

(3)高频振动研磨机表面改性

研磨机依靠振动器使气缸中的介质产生高频、小振幅的振动。由于振动加速度远大于重力加速度,磨管中的介质可以产生高强度的冲击和旋转运动,高岭土可以快速加热,使材料在强振动和一定温度下快速有效地分散和混合。

该设备可一次完成煅烧后高岭土的分散和表面改性。然而,由于机械力的强烈冲击,一些已经覆盖的颗粒会重新冲击新的部分,从而影响较终的改性效果。

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