由于礦物顆粒表面能高、親水疏油，與表面能低、親油疏水的聚合物基體的界面性質不同，二者兼容性差，因此難以均勻分散其中，直接充填很容易發生團聚；另一方面，填料與有機高分子之間的界面結合力較弱，過量的填充會影響復合材料的力學性能。

高嶺土粉體經過表面改性后，能達到疏水、降低表面能、改善其分散性和與高聚物基料的兼容性，以達到提高塑料、橡膠等高聚物基復合材料綜合性能的目的。

1、高嶺土表面改性方法

高嶺土常用的表面改性劑主要有硅烷偶聯劑、有機硅（油）或硅樹脂、表面活性劑及有機酸等。用途不同，所選用的表面改性劑的品種和配方也有所不同。

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，當煅燒高嶺土改性后用做電纜絕緣橡膠、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。

（1）硅烷偶聯劑的表面改性機理。硅烷偶聯劑是高嶺土填料最常用和最有效的表面改性劑。處理工藝比較簡單，一般是將高嶺土粉和配置好的硅烷偶聯劑一起加入改性機中進行表面包覆處理。工藝可以連續進行，也可以批量進行。

影響最終處理效果的因素主要是高嶺土粉的粒度、比表面積及表面特性（表面官能團及活性）、硅烷偶聯劑的品種、用量、用法、改性設備的性能以及表面改性處理的時間、溫度等。

（2）用于電線電纜填料（如聚氯乙烯）的高嶺土除了硅烷偶聯劑之外，還常利用1%-3%的硅油進行表面改性，改性工藝過程和設備與用硅烷偶聯劑相似。

經硅油處理后的煅燒高嶺土粉，用做電線電纜的填料，不僅可以提高電纜的機械物理性能，而且還可以改善或提高電纜的電絕緣性能和疏水性能，在潮濕和寒冷環境下的電絕緣性能提高顯著。

（3）采用不飽和有機酸，如乙二酸、癸二酸、二羧基酸等也可用于胺化后的高嶺土粉體的表面改性，這種改性高嶺土可用做尼龍66等的填料。

（4）陽離子表面活性劑，如十八烷基胺等也可用于高嶺土粉體的表面改性。其極性基團通過化學吸附和物理吸附與高嶺土顆粒表面作用。經有機胺改性后的高嶺土表面疏水性增強。

（5）無機表面改性劑二氧化鈦、碳酸鈣、硫酸鈣等也可以用于煅燒高嶺土的表面改性。改性方法是在水溶液中的表面沉淀反應，改性產物經洗滌、過濾和干燥后即得表面二氧化鈦包膜的煅燒高嶺土。

表面改性劑的使用方法也非常重要，使用方法得當，不僅可以提高表面改性效果，而且還會減少用量，降低生產成本。在對粉體進行表面改性時，可以通過添加適量的溶劑、稀釋劑以及采用乳化、噴霧等方法以保證改性劑在物料的表面均勻分散，提高改性劑在粉體中的分散度。

對于特定的應用目的，有時需要采用兩種偶聯劑進行混合改性，利用它們的協同效應進行改性，會取得意想不到的良好效果，但是應該注意兩種改性劑的使用方法和添加順序。

2、表面改性工藝

高嶺土的表面化學改性主要是采用預處理法，工藝方法一般有3種：濕法、半干法和干法。

（1）濕法工藝由于需要制漿、脫水和干燥等過程，工藝復雜，特別是脫水過濾，如果礦物顆粒粒徑小于1250目，將極為困難和復雜。

（2）半干法改性工藝是在攪拌器中邊攪拌粉體，邊將適量的水、改性劑及其助劑的混合物加入，同時加熱到一定溫度，反應一定時間后即完成改性劑與礦物粉體的偶聯作用。反應后的產物呈非常薪稠狀態，再經稍微干燥即得改性產品。半干法工藝省去了脫水過程，因此生產效率較高。

由于在濕法和半干法工藝中加入了較多的水、偶聯劑和助劑的混合物，再通過攪拌混合，粉體顆粒很容易全部與偶聯劑分子接觸，從而使改性劑分子容易均勻地包覆在顆粒表面。所以這兩種工藝所需攪拌機的轉速不要求很高，設備造價比較低。

（3）干法改性工藝是將偶聯劑及其助劑用微量的稀釋劑稀釋后，在改性機中，邊攪拌邊將其加入，或利用噴霧的方法加入，同時加熱到一定溫度，反應一定時間后完成偶聯作用，得到改性產品。干法改性工藝對技術和設備要求比較高。該工藝完全省去了脫水和干燥過程，改性工藝簡單。

來源：非金屬礦加工技術與應用手冊，作者：鄭水林，袁繼祖；

編輯整理：粉體技術網
 

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