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滑石粉的应用特性及表面改性

发布来源:  发布日期: 2023-06-08  访问量:189

滑石粉化学结构

摘要:滑石粉是一种重要的无机填结了滑石粉在涂料、塑料、造纸等行业的应用特点,总结了滑石粉的主要表面改性方法,较终展望了滑石粉的应用前景。

关键词:滑石粉;涂料;应用;改性;

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滑石粉是由31.氧化镁7%、63%的天然单斜晶水合硅酸盐,是一种白色柔软的疏水物质.5%二氧化硅,4.由8%的水组成,分子式为3Mg0.4Si02.H20。滑石粉通常是致密的块状、叶状、放射状和纤维状 体型存在,外观无色透明或白色,但由于杂质少,呈浅绿色、浅黄色、浅棕色甚至浅红色。滑石粉广泛应用于化妆品、医药、造纸、涂料等行业,具有润滑温度等优良的物理化学特性,广泛应用于化妆品、医药、造纸、涂料等行业。目前,我国滑石粉年产量约245万吨,主要产于辽、鲁、桂等省区。一般来说,我国低档滑石供过于求,但高档白滑石原料的生产能力远低于国内外市场,因此高档滑石供应存在长期缺口。因此,扩大中低档产品的深加工,开发高附加值产品,将是我国滑石行业未来需要解决的关键问题。本文总结了滑石粉的应用特点和改性进展,进一步展望了滑石粉的应用前景。

滑石粉的应用特点

1.11滑石粉在涂料中的应用

滑石粉悬浮性好,易分散,腐蚀性低。在涂料中,滑石粉作为填料可以起到骨架作用,减少 同时增加漆膜的硬度。还具有提高产品形状稳定性、增加张力强度、剪切强度、压力强度、降低变形、伸长率、热膨胀系数、高白度、粒度均匀分散等特点。滑石粉具有片状颗粒结构,可提高涂层的耐水性和瓷漆的不渗透性。滑石粉具有纤维颗粒结构,能很好地提高涂层的流变性和流平性。

滑石粉主要用于底漆和中间漆,滑石粉主要用于许多产品、闪光底漆和运输工具。滑石粉可用于钢结构底漆的全部或部分,以提高涂层的沉淀、机械力和再涂层。针对超细滑石粉的一些固有物理化学特性,唐植贤等[1]阐述了超细滑石粉在溶剂木涂料、水基涂料等不同涂料中的应用及其涂层特性。实验发现,滑石粉在某些情况下具有特殊效果,特别是在抛光错误、无刺绣钢等光滑、附着困难的表面,可提高涂层的附着力和耐溶剂性;超细滑石粉用于水基乳胶涂层,具有良好的刷、光滑、光滑、抗冲击性和柔软性,可有效提高涂层的耐腐蚀性和干燥性[2];由于滑石粉硬度低,涂层性能,有助于提高涂层的填充性,防止涂层开裂。罗发等[3]以滑石粉为主要填料,以环氧改性有机桂树脂为基础,制备了环氧有机硅耐高温涂料,讨论了滑石粉质量分数对有机硅涂料耐热性、附着力和冲击强度的影响,讨论了影响机制。结果表明,随着滑石粉质量分数的提高,涂层的耐高温性和力学性能先增强后减弱,较好为35%;涂层可承受600、700和800°C室温冲击强度为5J; 600°C高温处理后的附着力为9MPa增大至32.8MPa。这是因为滑石粉与环氧硅树脂官能团发生化学反应,形成具有一定附着力和保护性的硅氧键[4、5],使涂层继续承受一定的热负荷,增加高温附着力。


中国是聚氨酯(PU)随着生活水平的提高,革命生产大国是正确的PU无机’7]是提高机械性能的有效途径之一。[8选用滑石粉作为聚氨酯(PU)通过增强填充颗粒SEM、FTIR对填料的形态结构和力学性能进行了分析和研究。研究表明,滑石粉中的滑石粉-〇H可与PU中的-NCO化学反应;PU当滑石粉添加量为2%时,膜的拉伸强度达到峰值。随着颗粒添加量的增加,拉伸模量首先增加,然后下降。这是因为滑石粉具有特殊的层状结构和较大的径厚比。当含量较小时,能有效防止应力PU裂纹的扩展起着应力集中点的作用,提高了拉伸强度。然而,随着含量的增加,粒子在基体中分散性差,导致团聚,降低材料的拉伸强度。陈亚东等[9]研究了改性超细滑石粉对聚氨酯弹性体性能的影响。结果表明,硅烷偶联剂的使用KH-550改性滑石粉可显著提高弹性材料的耐油性和耐水性,降低产品成型收缩率和吸水率,提高尺寸稳定性,显著提高聚氨酯弹性材料的综合性能。张新岐等[10]考察了不同细度滑石粉对硅酸盐涂料成膜的影响。研究表明,随着超细滑石粉细度的增加,涂层增加而增加。滑石粉越薄,暴露在单位体积内的活性氧和活性氧处于同一水平OH-也越来越多,在玻璃成膜的过程中,很可能是Si-四面体活性氧和OH-由于滑石粉参与成膜,大大提高了钾水玻璃的成膜性能,提高了涂层的整体性能、附着力、耐热性、成膜温度和涂层致密性。

1.2滑石粉在塑料中的应用

无机填料在塑料改性中起着重要作用,成为不可缺少的改性添加剂。滑石粉是塑料中有效的增强材料,在室温和高温下具有较高的刚度、抗蠕变性和良好的固体光泽。添加滑石粉可以改变塑料的各种性能,如成型收缩率、表面硬度、弯曲模量、拉伸强度、冲击强度、热变形温度、成型工艺和产品尺寸稳定性。在聚乙烯和聚丙烯塑料中加入滑石粉可有效提高产品的表面硬度和抗划痕性[11]。众所周知,滑石粉的价格是塑料的10%。因此,在塑料中使用滑石粉不仅可以提高性能,还可以有效降低材料成本和企业经济效益。

调查滑石粉对聚酰胺66/聚对苯二甲酸乙二醇醋(PA66/PET)影响金微相形态、机械性能、耐热性和结晶行为及其作用机制。结果表明,在适当的条件下,添加5%滑石粉10%,PA66/PET合金的拉伸强度、弯曲强度、刚度等力学性能和耐热性能将显著提高,这可能与其分层相匹配PA66基体及其对PA66/PET增强微相界面;PET分散相粒子的平均粒径及其粒径分布降低,提高了共混系统的混溶性。但如果滑石粉添加量过大,由于滑石粉的团聚,材料性能会大大降低。塑料中的聚丙烯树脂(PP)是滑石粉应用的主要对象。杨华明[13]用湿法加工超细滑石粉,通过表面改性填充活性滑石粉PP塑料能显著提高材料的刚度和耐热性,达到国内外汽车的性能PP材料质量标准。陈振耀等[14]在聚丙烯系统中填充滑石粉,采用钛酸酯偶联剂和氯化石蜡进行表面处理,系统讨论了不同比例填充系统的性能。试验结果表明,改性滑石粉能提高流动性和成型性。添加适量滑石粉可获得流动性好、尺寸稳定、拉伸强度高、性能好的滑石粉填充聚丙烯,扩大其应用范围。

VelasC(^不同量的滑石粉[15]((MOwt%)填充聚丙烯(PP)用硅烷偶联剂改性滑石粉,以提高滑石粉与聚丙烯的相容性。结果表明,滑石粉的添加量和表面改性PP对材料结晶行为的影响显著。结晶温度随着添加量的增加而增加;熔化温度几乎不受这些因素的影响;滑石粉PP随着改性硅烷偶联剂量的增加,中成核活性增强;少量未改性或改性滑石粉PP初始结晶的稳定性不会受到影响。从提高聚丙烯的强度和初始性开始,徐云升等[16]在某些应用领域取代了改性聚丙烯ABS工程塑料。该方法是将聚丙烯同偶联剂处理的滑石粉与橡胶混合。结果表明,当用滑石粉填充聚丙烯时,当滑石粉含量低于20%时,二元共混材料的拉伸强度高于纯度PP当强度为5%时,拉伸强度较高;试验中使用的偶联剂显著提高了共混系统的流动性;当PP:滑石粉:EPT70: 20: 10:00,共混物性能较好,可与一般混合ABS相比。

1.33滑石粉在造纸中的应用

滑石粉具有独特的层状结构、柔软性和疏水性,在造纸行业具有显著的优势[17_19]:

(1)有助于提高填料保留率,提高纸张的不透明度、光滑度和印刷适性,使纸张具有较高的吸墨性;

(2)化学性质稳定,不仅适用于酸性抄纸,也适用于中性碳酸钙抄纸;

(3)其表面具有疏水性(亲油性),有机物易吸附在其层表面,添加滑石粉,减少染料消耗,有效节约成本,可用作树脂、粘合剂抑制剂和废纸脱墨剂;

(4)可与涂胶剂结合,改善涂胶剂的保留,减少纸页的吸收,防止印刷油墨渗入纸页;

(5)滑石粉摩擦因数低,能使涂层表面光滑,减少涂层断裂,降低印刷压力等;

(6)滑石粉作为一种形态较高的涂料颜料,具有优异的纤维覆盖能力和良好的印刷效果,能提高凹版印刷质量;

(7)滑石粉具有特殊的润滑性,其涂布纸可在压光机上获得较高的装饰性,减少了涂料中润滑剂的使用。

杨德清等[20]利用超细滑石粉吸收疏水有机物AKD用于纸涂胶的滑石粉疏水改性,结果表明,在相同的加填量下,AKD与滑石粉质量相比,纸张的涂胶度越高,AKD吸附在滑石粉上并没有减少AKD纸张抗张强度显著提高。当温度为60°C,搅拌速度8000r/min,搅拌时间5min, pH为6时,AKD改性滑石粉的较佳条件。袁成强等P1]滑石粉用邻苯二甲酸酐和尿素化学改性后,用作纸内胶。由于滑石粉具有化学惰性,这种改性可以改变天然滑石粉的特性,并研究机械和光学性能。结果表明,改性滑石粉形成两性聚合物。作为纸张的内涂胶剂,其物理性能和涂胶性能高于添加天然滑石粉的纸张。添加松香胶和滑石粉可以减少手抄片的断裂长度,从而提高手抄片的力学性能和光学性能。孙丽红等[22]用不同淀粉激活滑石粉表面,研究滑石粉填充新闻纸的力学性能和光学性能,扫描电镜填充纸,探讨了激活滑石粉填充新闻纸的增强机制。结果表明,淀粉凝胶活化滑石粉滑石粉相比,淀粉凝胶活化滑石粉能显著提高纸张的抗张强度和撕裂性;增加滑石粉的添加量可以提高纸张的白度和不透明度;不同淀粉凝胶活化滑石粉的物理强度和光学性能没有明显差异,但原淀粉价格低,应用前景好。

1.4滑石粉在其他行业的应用

滑石粉常用作润滑辅料,如爽身粉、美容粉等化妆品,因其手感细腻,价格低廉。此外,它是药物制剂的常用辅料,广泛应用于糖衣片的包衣和外用扑粉,也广泛应用于化妆品、医药食品等领域。滑石粉本身是无害的。在生产过程中,其纯度主要取决于矿源的质量,而滑石粉矿往往有不定量的石棉伴生矿。石棉被认为是一种强致癌物。因此,当滑石粉应用于化妆品、制药等行业时,石棉的检测非常重要。

滑石粉表面改性

2.1滑石粉改性的必要性

滑石粉广泛应用于各行业,作为无机填料,可提高产品的刚度、强度、硬度和润滑性。随着现代工业的发展和需求,滑石粉的性能要求越来越高,尤其是超细滑石粉,在国内外市场需求量很大。与其它非金属矿物粉一样,滑石粉表面有机化。这是因为滑石粉表面含有亲水基团,表面能量高。无机填料和有机聚合物分子材料在化学结构和物理形态上存在很大差异,缺乏亲和力。滑石粉颗粒石粉与聚合物的界面结合力,提高滑石粉颗粒与聚合物的均匀分散和相容性,需要对滑石粉颗粒进行表面处理。另外,涂料中使用超细滑石粉。由于其表面积大,所需的湿分散体越多,不易分散,从而影响涂层的性能。目前,许多制造商没有或只对乳胶漆中吸油率高的滑石粉进行简单的表面处理,因此其应用受到极大限制。滑石粉改性机制是利用一些带有两性基团的小分子或聚合物化合物对复合材料中的一种或两种进行表面改性,使其表面由疏水变为亲水,从而更好地结合两种材料。

2.2滑石粉改性方法

2.2.1表面覆盖改性法

表面覆盖改性法是在颗粒表面覆盖表面活性剂或偶联剂,使表面活性剂或偶联剂以吸附或化学键的形式与颗粒表面结合,使颗粒表面由亲水变为疏水,赋予颗粒新的性质,提高颗粒与聚合物的相容性。该方法是目前较常用的方法。大致可以理解为:鉴于滑石粉与聚合物亲和力低的缺点,颗粒上覆盖有两性基团的表面活性剂,亲水基团面向颗粒表面,亲油基团面向外部,与聚合物相容性好,达到改性目的,扩大滑石粉的应用范围。

Liu为了提高滑石粉的分散性和与聚丙烯的亲和力,用一系列磷酸酯偶联剂对滑石粉进行表面处理,研究了偶联剂与材料结构机械性能的关系,旨在提高复合材料的机械性能。

通过近红外漫发射光谱分析,当滑石粉表面覆盖约6%的磷酸酯时,达到饱和度;随着磷酸酯添加量的增加,复合材料的结晶程度先增加到减少;改性滑石粉的分散性显著提高;当磷酸酯为0.5%时,复合材料的抗张强度显著提高,但弯曲模量显著降低。Ramos等[25]用硅烷偶联剂改性滑石粉,填充低密度聚乙烯和聚丙烯混合物,优化复合材料的性能。结果表明,硅烷偶联剂改性滑石粉能显著提高基体的力学性能;随着滑石粉量和聚丙烯量的增加,材料的弯曲性能得到提高;当基体中的聚丙烯含量为50%时,抗张强度基本不受填料含量的影响。

2.2.2机械化学法

此法是通过粉碎、摩擦等方法将比较大的粒子变得较小,使粒子的表面活性变大,即增强其表面吸附能力,简化工艺的同时还可以降低成本,同时更易控制产品的质量。超细粉碎是物料深加工的重要手段,其主要目的是为现代工业提供高性能的粉体产品。此过程不是简单的物料粒度减小,它包含了许多复杂的粉体物质性质和结构的变化-机械化学变化。

杨华明等[26]研宄了滑石粉超细粉碎过程中物理化学性质的变化,讨论了物理化学性质变化的相关机理。研宄表明:滑石粉经搅拌磨超细粉碎后,表面活性增强,热效应改善,白度提高,粉体性质变化与超细粉碎过程的热力学特性密切相关。叶菁等[27]采用异丙基钛酸酯(NDZ-201)对滑石进行改性气流粉碎,通过浊度、水渗透性、接触角的及红外光谱分析,改性气流粉碎不仅对滑石的改性粉碎作用明显,还可平衡颗粒表面的不饱和成键力,使粉体粉碎良好,改性剂的助磨效果还可提高超细粉碎效率。

2.2.3外膜层改性法

外膜层改性是在粒子表面均匀地包覆一层聚合物,从而赋予粒子表面新的性质。

左建华[28,29]用1〇1 (甲苯二异氰酸酯)、HPA对无机粒子滑石粉进行表面处理后,经MMA (甲基丙烯酸甲酯)表面接枝聚合而构成高分子化的复合粒子。研究了构成复合粒子的主要参数,以及与PVC混配后PVC材料的力学性能影响。结果显示,经过改性后的滑石粉加入复合粒子中,复合粒子拉伸强度和冲击强度均明显增强。他又将经TDI和HPA修饰过后的滑石粉分别接枝包覆PMMA和PMMA-CoPBA层,构成复合粒子。通过FTIR、DSC等分析检测确定了它们的形态结构。研究发现,与常规的滑石粉粒子填充物相比,包覆后的滑石粉填充高分子材料后,其较大拉伸强度、冲击强度均明显提高,提高率分别达到136%和162%,可作为新型强韧型填充改性剂用于PVC电缆料。

2.2.4其他改性法

滑石粉改性方法很多,除上述提到方法之外,还包括局部活性改性、高能量表面改性等,局部活性改性利用化学反应在粒子表面接枝上一些可与聚合物相容的基团或官能团,使无机粒子与聚合物有更好的相容性,从而达到无机粒子与聚合物复合的目的。高能量表面改性是利用高能放电、等离子射线、紫外线等所产生的巨大能量对粒子表面改性,使其表面具有活性,提高粒子与聚合物的相容性。

3应用展望

随着人们对滑石粉特性的认识逐步加深,滑石粉在涂料、塑料等行业中的应用领域将不断扩大。由于改性高档滑石粉的生产能力远远小于国内外市场的需求,滑石粉的合理改性越来越被人们重视。因此,在我们熟悉滑石粉各种理化性能及其在各行业中应用特性的同时,要在实验和生产应用中不断总结,不断探索创新,运用现在高科技手段扩大中低档产品的深加工,开发高附加值的产品,共创滑石行业和涂料等加工行业的共赢局面。随着滑石粉改性技术的进一步发展,它在我国塑料、涂料等行业必将发挥越来越大的作用。

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