在高嶺土應用過程中,改性作為重要的深加工方式,是以高嶺土活性基團(包括鋁醇基、硅烷醇官能團等)為基礎,通過機械法、物理法、化學法等進行高嶺土工藝特性的改變,以滿足其在各領域生產中的應用要求。
改性劑種類繁多,表面改性劑種類繁多,且配方(品種、用量和用法)針對性很強。為此,粉體技術網特意整理了10個高嶺土表面改性配方,僅供各位同行參考了解,具體如下:
配方1:KH-550(橡膠領域)
配方2:KH-550(水解和未水解對比)
配方3:JL含硫有機硅偶聯劑
配方4:硅烷偶聯劑KH-570(壓敏膠領域)
配方5:辛基三甲氧基硅烷(OTMS)
配方6:氨基硼酸酯偶聯劑
配方7:液態三元乙丙橡膠(LEPDM)
配方8:含氫硅油
配方9:尿素、乙酸鉀、三乙醇胺、檸檬酸、氟化銨(陶瓷領域)
配方10:硅烷與鈦酸酯偶聯劑(對比)
配方1:KH-550(橡膠領域)
改性劑:硅烷偶聯劑KH-550,用量為0.04%,改性時間為1min。
改性方法:將一定量高嶺土放入多功能粉碎機內,并按比例滴加一定量的改性劑(偶聯劑KH-550),利用超高速的剪切粉碎和攪拌作用完成高嶺土改性,達到預定時間后停機,倒出改性高嶺土備用。
測試與表征:沉降體積、Zeta電位、紅外(IR)譜、膠料的物理性能。
改性效果:與未改性高嶺土膠料相比,改性高嶺土膠料的物理性能明顯提高,拉伸強度提高89%,撕裂強度提高21%,DIN磨耗量減小18%。與未改性高嶺土相比,改性高嶺土與橡膠的相容性改善,與橡膠基體結合良好,有利于傳遞應力,使膠料呈現優異的物理性能。
配方2:KH-550(水解和未水解對比)
改性劑:硅烷偶聯劑KH-550,用量為5%。
改性方法:采用干法改性,將煅燒高嶺土粉體在高速混合機中以1500r/min高速攪拌,同時通過噴淋裝置將硅烷偶聯劑溶液常溫霧化噴到粉體上,升溫干燥使溶劑揮發,最后高速攪拌打散并收集樣品。
測試與表征:白度、吸油量、掃描電鏡、紅外光譜和能譜分析。
改性效果:水解和未水解的硅烷偶聯劑對高嶺土的改性效果顯著,但區別不明顯,兩種改性方式對高嶺土白度影響較小,改性后吸油量均下降。掃描電鏡分析表明,850℃和900℃煅燒高嶺土主要物相為無定型偏高嶺土,改性后更易團聚。1000℃煅燒高嶺土主要物相為莫來石和石英晶體,改性后不易團聚。紅外光譜和能譜分析表明,改性劑分子與高嶺土粉體表面發生化學結合作用。
配方3:JL含硫有機硅偶聯劑
改性劑:JL含硫有機硅偶聯劑,總含硫量不低于20.0%,密度(20℃)1.07~1.09g/cm3。
改性方法:取3kg煤系高嶺土放入高速混合機中,當溫度達到設定值時,加入一定量改性劑反應5min,得到改性煤系高嶺土。
測試與表征:SEM、FTIR、丁苯橡膠制品性能。
改性效果:(1)采用含硫有機硅偶聯劑,在改性劑用量為1%,改性溫度為105℃條件下,對煤系高嶺土進行改性,并以30%用量代替N660炭黑補強丁苯橡膠,補強橡膠抗拉強度和延伸率分別為19.96MPa和527.1%,比較純炭黑補強時分別提高0.08MPa和35.4百分點,補強效果較好。
?。?)改性后煤系高嶺土仍為片層結構,但是顆粒大小較均勻,尺寸多為幾微米,且表面附著改性劑微粒,更易與丁苯橡膠基體結合。
?。?)FTIR分析結果表明,改性劑與高嶺土表面發生化學鍵合作用,使煤系高嶺土由親水性變為親油性,增強了煤系高嶺土補強橡膠的性能。
配方4:硅烷偶聯劑KH-570(壓敏膠領域)
改性劑:硅烷偶聯劑KH-570。
改性方法:(1)高嶺土羥基化:先將質量分數為0.3的氫氧化鈉溶液加入到250mL三口燒瓶中,再將10g高嶺土加至三口燒瓶中,在90℃下劇烈攪拌6h,反應結束冷卻,將改性混合液放入離心機中離心,取下層沉淀(產物),使用蒸餾水多次洗滌產物,最后將產物在80℃下真空干燥48h,得到羥基化的高嶺土。
?。?)硅烷偶聯劑改性:取10g羥基化的高嶺土加入至裝有蒸餾水(10mL)和無水乙醇(75mL)的三口燒瓶中,使用冰醋酸將溶液調至弱酸性,超聲30min,使羥基化的高嶺土分散均勻,隨后向三口燒瓶中加入2gKH-570,在85℃下劇烈攪拌6h,冷卻至室溫后,將改性混合液放入離心機中離心,取下層產物,并用無水乙醇多次洗滌產物,在80℃下真空干燥產物24h,得到改性高嶺土。
測試與表征:FTIR分析、接觸角、TG分析、丙烯酸酯復合壓敏膠性能。
改性效果:當高嶺土-KH570質量分數為1.5%時,高嶺土-KH570/丙烯酸酯PSA的粘接性能最佳,與未添加kaolin的丙烯酸酯PSA相比,其初粘力、180°剝離強度和23℃持粘力分別提高35.7%,30.7%和128.6%;采用高嶺土-KH570/丙烯酸酯PSA膜片對絕緣子表面清污,絕緣子表面的洗凈率和除鹽率可達到85.8%和80.6%,而憎水性從HC6級恢復至HC1級,且絕緣性能提高,提升了復合絕緣設備在污穢條件下運行的可靠性。
配方5:辛基三甲氧基硅烷(OTMS)
改性劑:辛基三甲氧基硅烷(OTMS)
改性方法:將0.1g超細高嶺土分散于10mL去離子水中,超聲處理1h使其均勻分散,之后滴入醋酸,調節pH至4,加入硅烷偶聯劑,并在65℃下水浴攪拌1h,將分散液真空干燥獲得經改性后的超細高嶺土。
測試與表征:XRD、紅外光譜、掃描電鏡、超細高嶺土-淀粉-殼聚糖復合薄膜性能。
改性效果:未經改性的超細高嶺土對基體的微觀結構及機械性能有一定提升,表明超細高嶺土對淀粉殼聚糖基體具有明顯的增強作用。辛基三甲氧基硅烷經水解后的不同官能團接枝在超細高嶺土表面和層間,經插層進入基體后,在不破壞分子結構的前提下改變了分子構型,填料與基體以氫鍵和離子鍵成功結合,有效地降低了復合材料的結晶程度,提升了復合材料的拉伸強度、斷裂伸長率和耐水性。
配方6:氨基硼酸酯偶聯劑
改性劑:氨基硼酸酯改性劑SB-181、氨基硼酸酯改性劑Zr-201。
改性方法:將去離子水在恒溫水浴鍋中加熱到80℃,加入氨基硼酸酯偶聯劑及界面調節劑,然后打開高速分散機,轉速為12000r/min,攪拌10min,使偶聯劑乳化成均勻的乳液;緩慢加入高嶺土,提高轉速至20000r/min,繼續攪拌一段時間,再減速攪拌10min后停機;取料經過濾,將漿料放在105℃電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥至質量恒定,經粉碎即得改性高嶺土。
測試與表征:混煉膠性能。
改性效果:(1)濕法改性高嶺土取代白炭黑后,膠料最突出的優點在于加工性能改善和壓縮生熱降低,彈性變好,拉斷伸長率增大。膠料混煉時排膠溫度和混煉能耗明顯降低,焦燒時間延長。膠料不足之處也很明顯,定伸應力和撕裂強度下降,耐磨性能明顯變差,密度和拉斷永久變形稍有增大。高嶺土濕法改性時間為10~15min時效果較好。
?。?)改性劑Zr-201改性高嶺土的效果優于改性劑SB-181,胎面膠拉伸強度高,耐磨性好。
配方7:液態三元乙丙橡膠(LEPDM)
改性劑:液態三元乙丙橡膠(LEPDM)SH-15
改性方法:將高嶺土和LEPDM以質量比90∶10加入高速混合機中,轉速為24000r/min,混合2min,通過高速剪切作用將黏稠狀LEPDM粉碎并分散,均勻包覆于高嶺土表面,制得了改性高嶺土。
測試與表征:FTIR、SEM、PP材料性能
改性效果:高嶺土及改性高嶺土均會改善PP的力學性能、加工性能和阻燃性能。當填料含量相同時,PP/改性高嶺土復合材料的拉伸強度、缺口沖擊強度和加工性能均優于PP/高嶺土復合材料,PP/高嶺土復合材料的阻燃性能和彈性模量均優于PP/改性高嶺土復合材料。當改性高嶺土質量分數為10%時,PP/改性高嶺土復合材料的缺口沖擊強度和MFR均達到最大,分別為12.63kJ/m2和1.75g/10min。
配方8:含氫硅油
改性劑:含氫硅油
改性方法:將納米級高嶺土配成質量分數10%的漿液,按質量分數加入3%的CTAB(十六烷基三甲基溴化銨)后進行噴霧干燥(條件:進口溫度150℃,壓力0.1Mpa)。噴霧干燥后,加入高嶺土質量5%比例的改性劑(含氫硅油),將反應體系加熱至90℃,連續攪拌(轉速800r/min)20min;改性后,在95℃環境下干燥24h,得到改性粉體。
測試與表征:分散率、活化指數。
改性效果:隨著含氫硅油和高嶺土比值的增大,活化指數呈遞增趨勢,而分散率先增大后減小。當m(含氫硅油):m(高嶺土)=1:30時,活化指數和分散率均達到最大,分別為98%和92%;當含氫硅油和高嶺土的比值繼續增大時,活化指數基本保持不變,而分散率略有降低,可以推斷當m(含氫硅油):m(高嶺土)=1:30時,高嶺土顆粒表面已完全被含氫硅油包裹,改性效果達到最佳狀態。
配方9:尿素、乙酸鉀、三乙醇胺、檸檬酸、氟化銨(陶瓷領域)
改性劑:尿素、乙酸鉀、三乙醇胺、檸檬酸、氟化銨。
改性方法:以三聚磷酸鈉作為分散劑,將高嶺土、各種改性劑、水及分散劑一并加入快速球磨機中球磨30min,料球水比為1:5:1,泥漿出磨后靜置24h,脫水后烘干待用。
測試與表征:XRD、FTIR及粒度測試、SEM。
改性效果:(1)在乙酸鉀/三乙醇胺改性高嶺土體系中,5%乙酸鉀+4%三乙醇胺以及6%乙酸鉀對高嶺土改性效果最好,并且在高溫與低溫陶瓷坯料的合適添加量均為1%。在高溫陶瓷坯料中,添加5%乙酸鉀+4%三乙醇胺改性的高嶺土效果最好,可以提高試樣抗折強度值26.72%,并且降低燒成溫度50℃;在低溫陶瓷坯料中,添加6%的乙酸鉀改性高嶺土效果最好,可以提高試樣抗折強度值34.97%,同時降低燒成溫度50℃。
?。?)在尿素/三乙醇胺改性體系中,3%尿素+3%三乙醇胺以及3%尿素+8%三乙醇胺兩組改性劑對高嶺土改性效果最好。在高溫陶瓷坯料中應用較好的是3%尿素+3%三乙醇胺改性的高嶺土,在坯料中添加1%的改性高嶺土就可以提升試樣抗折強度值約25.93%,同時降低燒成溫度50℃;在低溫陶瓷坯料中應用較好的是3%尿素+8%三乙醇胺改性的高嶺土,在坯料中添加2%改性高嶺土可以提升試樣抗折強度值約30.62%,同時降低燒成溫度50℃。
?。?)在檸檬酸/氟化銨改性高嶺土的體系中,8%檸檬酸+1%氟化銨以及10%檸檬酸對高嶺土進行改性效果最好,可以有效促進高嶺土中莫來石的生成。在高溫陶瓷坯料中,添加2%的8%檸檬酸+1%氟化銨改性的高嶺土效果最好,相對于未添加改性高嶺土的試樣抗折強度可提升29.89%,并可降低燒成溫度50℃。在低溫陶瓷坯料中添加2%的10%檸檬酸改性的高嶺土,相對于未添加改性高嶺土的試樣,抗折強度可提升37.78%,并同時降低燒成溫度50℃。
配方10:硅烷與鈦酸酯偶聯劑(對比)
改性劑:硅烷偶聯劑KH-540、KH-550,鈦酸酯偶聯劑NDZ-130、NDZ-132。
改性方法:將一定量的煤系高嶺土置于105±5℃的恒溫干燥箱中干燥1h,然后將干燥后的高嶺土投入高速混合機中,啟動高速攪拌,升溫至設定溫度時慢慢加入偶聯劑(部分偶聯劑經水解處理或與特種表面活性劑復合處理),高速攪拌15~20min后出料,即制得改性煤系高嶺土。
測試與表征:尼龍66復合材料制品性能。
改性效果:(1)煤系高嶺土經四種不同偶聯劑進行表面改性處理,均可提高PA66/煤系高嶺土復合材料的沖擊韌性,且以硅烷偶聯劑KH–550處理體系綜合力學性能最佳。
?。?)硅烷偶聯劑KH–550質量分數為1.5%時,PA66/煤系高嶺土復合材料力學性能最好。
?。?)隨著偶聯劑KH–550用量增加,PA66/煤系高嶺土復合材料顏色由黃黑逐漸變亮白。偶聯劑質量分數超過1.5%后,復合材料顏色變化變平緩。
?。?)隨著偶聯劑KH–550用量增加,PA66/煤系高嶺土復合材料的MFR增大。當偶聯劑質量分數達到1.5%時,PA66/煤系高嶺土復合材料的MFR增至14.6g/10min,復合材料具有很好的流變性能。

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