/橡膠及塑料填料用高嶺土表面改性技術(shù)討論現(xiàn)狀及展望（杜鑫，鄭水林，中國礦業(yè)大學北京）高嶺土是一種緊要的黏土礦物與工業(yè)礦物，也是地殼上分布最廣、應用最為廣泛的緊要粘土礦物和工業(yè)礦產(chǎn)之一。迄今為止，高嶺土因具有可塑性，粘結(jié)性、分散性、吸附性、化學穩(wěn)定性等優(yōu)良性質(zhì)，已被廣泛用于造紙、陶瓷、橡膠、塑料、耐火材料等領域。隨著工業(yè)技術(shù)和各領域的科學技術(shù)的快速進展，高嶺土制品的種類越來越多，這些制品不僅與人們的生活緊密相關，而且在國防技術(shù)，電器、原子能、噴氣式飛機等領域發(fā)揮側(cè)緊要作用。因此，隨著高嶺土改性技術(shù)的不斷進步，人們所關注的改性高嶺土應用性能將漸漸從傳統(tǒng)的強度、耐磨性等基本性質(zhì)向耐水性、電絕緣性等特別功能性材料變化。1.我國高嶺土資源我國高嶺土資源因成因類型齊全、儲量豐富、質(zhì)地優(yōu)良馳名于世，已探明儲量達35億t。至2023年，我國高嶺土年產(chǎn)量已達632萬噸。我國也是世界上最早發(fā)覺并利用高嶺土的國家之一，但是在過去幾個世紀，我國高嶺土工業(yè)技術(shù)進展與國外相比相對緩慢。直到1980年，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速進展，對高嶺土的性能提出了越來越高的要求，高嶺土的消費結(jié)構(gòu)也由傳統(tǒng)的陶瓷工業(yè)轉(zhuǎn)向造紙、塑料、石化等工業(yè)領域。進入21世紀后，隨著我國的經(jīng)濟與科技水平的不斷提高，討論者對高分子材料、非金屬礦物粉體、粉體表面改性等理論體系認得得以進一步加深，相關領域也對高嶺土的專用化、精細化和功能化提出了更高的要求。粉體表面改性技術(shù)已成為提上升嶺土產(chǎn)品附加值必不可少的深加工技術(shù)手段之一。2.高嶺土常用改性方法高嶺土表面改性方法浩繁，常用的方法重要有以下幾種：1）煅燒改性：煅燒高嶺土在國際上已有五十多年的歷史，通過煅燒加工高嶺土脫出了結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水、炭質(zhì)及其他揮發(fā)性物質(zhì)，變成偏高嶺石。煅燒高嶺土具有白度高，容重小，比表面積和孔體積大、吸油性、遮蓋性和耐磨性好、絕緣性和熱穩(wěn)定性高等特性。煅燒高嶺土必需嚴格掌控煅燒溫度，超過脫羥所需的溫度時，煅燒高嶺土會產(chǎn)生新的物相。2）偶聯(lián)劑改性：偶聯(lián)劑適用于各種不同的有機高聚物和無機填料的復合材料體系，高嶺土表面能夠與偶聯(lián)劑作用，經(jīng)偶聯(lián)劑改性后的高嶺土與有機相的相容性提高。常用的偶聯(lián)劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁鈦偶聯(lián)劑，以及其他的金屬偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑分子的一端能夠與高嶺土表面的Si—O或Al—O化學結(jié)合，另一端延長在外給與高嶺土表面親有機相的性質(zhì)。偶聯(lián)劑改性工藝相對簡單，但目前只有硅烷偶聯(lián)劑及鈦酸酯偶聯(lián)劑的作用機理比較清楚，而對于其他偶聯(lián)劑的機理還有待進一步討論。3）有機高分子改性：利用改性表面活性劑、聚合物分散劑、有機小分子分散劑等能夠吸附在高嶺土表面上，從而更改高嶺土表面帶電情形。這類表面改性劑重要包括十二烷基苯磺酸鈉、聚丙烯酸及其鹽、聚丙烯酰胺等。通過表面改性后的高嶺土顆粒，重要適用于以懸浮狀體系，最常用的應用就是制備造紙涂布液。4）表面包覆改性：表面包覆改性是通過物理吸附或化學吸附，將一種有機物或無機物包覆在高嶺土表面上，從而達到表面改性的效果。例如，利用水解沉淀法，以高嶺土或煅燒高嶺土為核，表面包覆納米氧化鋅，改性后的氧化鋅/高嶺土復合材料吸光度大幅加添，可用作抗紫外粉體材料。5）插層改性：插層改性是將極性小分子插層到高嶺土層間，得到層間距更大，且層間親水性變?yōu)橛H油性的高嶺土復合材料。依據(jù)不同的需要摻雜到各種基體中，以高嶺土片層剝離狀態(tài)的形式均勻分散。因高嶺土層間表面羥基活性比較低，有利于其他有機大分子通過置換過程進入高嶺土層間，加強聚合物基質(zhì)抗老化性能。3.高嶺土作為橡膠及塑料填料的改性討論進展高嶺土是塑料和橡膠制品的緊要填料，在以往作為填料使用時，通常認為產(chǎn)品性能重要取決于顆粒的大小分布和顆粒的比表面積。但是現(xiàn)代科學討論證明，經(jīng)選礦提純和粉碎加工后的高嶺土粉體表面帶有大量羥基和含氧官能團，具有酸性，經(jīng)煅燒加工后的高嶺土酸性更強。此外，由于高嶺土比表面積大、表面能較高，導致其與有機高聚物體系的相容性差。因此在用于高聚物基（如環(huán)氧樹脂或乙烯基樹脂）材料的填料時，必需對其進行表面改性，以獲得更優(yōu)性能的制品。3.1橡膠用高嶺土填料改性高嶺土作為填料在橡膠工業(yè)中應用廣泛，將其加入乳膠混合物中，能改善橡膠的力學性能，提高橡膠制品的機械強度，還可加強耐磨性和化學穩(wěn)定性，延長橡膠的硬化時間。試驗發(fā)覺，先對高嶺土進行改性，再作為填料加入橡膠制品中，還可對制品的其他應用性能有所改善。張印民等討論了高嶺土的粒度、表面性質(zhì)、填充量以及填料的結(jié)構(gòu)對高嶺土/橡膠復合材料的氣體隔絕性能的影響規(guī)律，討論結(jié)果表明隨著填料粒子粒徑的減小，填充橡膠材料的氣密性漸漸提高，當高嶺土粒度達到幾百個納米時，復合材料的相對透氣率為0.46，降低程度達到54%，使用特定改性劑對高嶺土進行后，氣密性可進一步提高。廖澤棟等通過絮凝沉降法將高嶺土與黑液制成復合填料，結(jié)果表明，高嶺土復合填料能夠提高丁腈橡膠（NBR）和丁苯橡膠（SBR）等材料的加工安全性、提高其交聯(lián)密度以及力學性能，而且還對SBR的熱穩(wěn)定性有顯著改善。杜艷艷等采納化學插層超細研磨酸侵漬活化干燥表面改性的方法制備了一種活性納米高嶺土，該材料用于丁苯橡膠補強填料時具有更好的分散性，可明顯提高其拉伸強度和伸長率，同時使制品具備良好的疏水性。3.2塑料用高嶺土填料改性高嶺土作為塑料不僅可以提高塑料制品的力學性能，而且還可以給與制品一些特別的應用性能，例如良好的電絕緣性、膠合強度、耐水性能等。改性后的高嶺土作為填料所得到的塑料制品，不僅表面光滑、而且可削減熱裂和收縮，具有利于拋光、提高加工尺寸的精準明確度、耐化學腐蝕性等優(yōu)點。顧傳錦等采納改性高嶺土作為聚四氯乙烯（PTFE）填料，通過熔融插層工藝，大大改善其塑料制品的耐磨性，其作用機理為高嶺土的層片結(jié)構(gòu)間被PTFE分子鏈插入，達到了加強基體并阻攔PTFE成片剝落的目的。趙鵬等在高嶺土填料對酚醛樹脂楊木膠合板膠合性能影響的討論中發(fā)覺，用改性高嶺土代替面粉作為填料，不僅可以提高其膠合強度，其耐水性也得到較大的提高，極大地改善了膠合板各層間易顯現(xiàn)的開膠分層問題。利用其優(yōu)良的電絕緣性能，還可作為PVC等聚乙烯絕緣電線的包皮，特別是改性后的煅燒高嶺土填充于電線電纜護套中，不僅能提高膠料的模量和拉伸強度、改善耐磨性和抗切口延長性，而且可獲得穩(wěn)定的在潮濕環(huán)境下的電絕緣性能。4.結(jié)論與展望我國高嶺土資源類型齊全、儲量豐富，因其具有獨特的理化特性，改性后可得到具有不同表面性質(zhì)的功能粉體材料，因此作為橡膠、塑料填料