超细煤系煅烧高岭土颗粒物化性质与表面改性

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
煅烧高岭土表面改性工艺及注意事项！
：江阴启泰SGL 型连续式粉体表面改性机)
高频振动研磨机：该设备是依靠激振器，使筒体内的介质产生高频率小振幅的振动，由于振动加速度比重力加速度大得多，使磨管内的介质产生高强度的冲击和旋转运动，并且物料可快速升温，使物料在强力振动和一定的温度中能快速有效地被打散、混合。

该法可将锻烧后的高岭土的打散和表面改性一次完成，在打散的过程中即可进行表面改性。

使用该机前首先要调整好介质的级配，当物料输入磨机振动磨擦升温后，复合改性剂可在磨管的加液口处以雾化的方式按物料的流动比量加入，也可在上、下磨管的加液口处，分别加入助剂和改性剂等。

该设备的改性效果不但好，而且还可提高锻烧高岭土的加工效率、简化生产工艺，降低了高岭土的改性成本，具有很好的应用价值。

表面改性设备的选择应根据煅烧高岭土的表面改性机理所确定的工艺为基准，选择和配套表面改性机组。

不管用什么样的表面改性设备，都要以表面改性的机理和表面改性的工艺为依据，来满足煅烧高岭土表面改性工艺的技术要求。

应要求表面改性设备能在高速动态状况下加热到100℃以上，并能保温，可排除水蒸气，表面改性剂可以分加，有分级的功能，解决表面改性的团聚问题，保证产品的质量。

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煅烧高岭土表面改性需要注意的问题
目前，改性锻烧高岭土主要应用于有机高分子制品行业，而这些行业所用的有机原料、配方、加工工艺及技术性能的要求不同，这样就给锻烧高岭土的表面改性提出了一个重要的问题，即怎样才能适应和满足其要求，并能显示出改。

煤系高岭土改性许永摘要：本文叙述了目前国内关于煤系高岭土的应用领域，简要介绍了国内关于煤系高岭土改性的方法，以及改性后在复合材料领域的应用。

同时也提出了煤系高岭土改性中所注意的问题，以及解决方法。

煅烧高岭土的主要应用领域是油漆、涂料、造纸、橡胶和塑料制品、电缆、陶瓷等，其中油漆涂料和造纸是国内优质煅烧高岭土最主要的消费领域，分别占国内超细、高白度优质煅烧高岭土消费量的60%和30%左右。

优质煅烧高岭土作为造纸涂料主要用于铜版纸、涂布白纸板、轻量涂布纸、玻璃纸等。

尽管在造纸领域高岭土面临碳酸钙强有力的竞争，但是在造纸涂料市场，优质高岭土（含优质煅烧高岭土）仍占重要地位[1]。

目前，国内优质高岭土的进口量仍很大，所以我们通过对煅烧后的煤系高岭土进行改性处理，来补充我国优质高岭土的不足。

对煅烧高岭土进行表面改性，主要是改变高岭土粉体颗粒界面的性质，改善煅烧高岭土与有机高分子材料的亲合性以及提高在有机高分子材料中的分散性，增强产品的多种性能，还可以增加煅烧高岭土的填加量，从而能够降低产品的成本。

因此煅烧高岭土的表面改性是一种非常重要的深加工手段，也是扩大煅烧高岭土应用领域和提高有机高分子制品质量的一条十分有效的途径。

这对扩展煤系高岭土的应用领域,充分、合理利用我国高岭土资源,加快我国经济发展有着重要的意义。

1煤系高岭土的改性方法煤系煅烧高岭土的表面改性是根据应用的需要，将其表面原有的物理化学性质进行改变。

即是利用表面化学的方法，将有机物分子的官能团在煅烧高岭土颗粒表面产生吸附作用或化学反应，对颗粒表面进行包覆，使煅烧高岭土的表面有机化，便于与有机高分子材料的结合。

煅烧高岭土进行表面改性所用的改性药剂主要由硅烷偶联剂（橡胶、塑料农用薄膜、高压电缆绝缘材料等），有机硅（如用作低压电线电缆填料等）、高级脂肪酸及其盐（如硬脂酸活硬脂酸钠）、有机酸（如用于尼龙填料）、有机铵盐类聚合物（如用于涂料中）以及复合型改性剂等。

高岭土表面改性（化学与环境工程学院学硕2014 140920020 田敏）摘要:高岭土是一种重要的工业矿物，在造纸、陶瓷、橡胶、油漆、塑料、涂料、耐火材料等领域得到广泛的应用，但在用作填料和涂料等时需要进行表面改性处理。

本文主要介绍高岭土表面改性方法、改性效果的表征和应用。

常用的高岭土表面改性方法有煅烧改性和偶联剂改性；高岭土表面改性效果表征方法主要有沉浮法、活化指数法、材料性能测定法。

关键词：高岭土、表面改性、偶联剂正文：―高岭土（Kaolin）‖一词来源于中国江西景德镇高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。

高岭土是一种非金属矿产，是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩。

质纯的高岭土呈洁白细腻、松软土状，具有良好的可塑性和耐火性等性质。

将高岭土用物理、化学或机械方法进行表面改性处理，改变其表面的物理化学性质（如表面晶体结构、官能团、表面能、表面电性、表面浸润性、表面吸附性和反应特性等），从而改善其在橡胶、电缆、塑料、油漆、涂料、化工载体等方面的应用性能，得到广泛的使用。

1 高岭土表面改性方法高岭土主要成分是含水硅酸铝，属于层状硅酸盐矿物，一般认为其化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O[1,2] （结晶水以羟基的形式存在），是由SiO4四面体的六方网层与AlO2(OH)4八面体层按1∶1结合成层状结构。

由于层间之间的氢键力和范德华力相互作用，因而晶层之间连接紧密，性能稳定。

表面的结构官能团有:—Si(Al)—OH，—Si—O—Al—和—Si(Al)—O，这些活性点是对高岭土进行表面改性的基础。

常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、有机硅（硅油）、聚合物、表面活性剂以及有机酸等。

用途不同，用的表面改性剂的种类不同。

1. 1煅烧改性煅烧改性是通过物理方法对高岭土进行热处理，使高岭土的晶体结构发生改变（主要由层间的氢键断裂及结晶水脱除引起），表面活性点的种类和数量都增多，使其反应活性增大；使高岭土粒径增大，表面能降低，使高岭土分散性提高。

第36卷第2期2014年3月南京工业大学学报（自然科学版）JOUＲNAL OF NANJING TECH UNIVEＲSITY （Natural Science Edition ）Vol．36No．2Mar．2014doi ：10．3969/j．issn．1671－7627．2014．02．004煅烧高岭土表面有机改性及在有机溶剂中的分散性能袁永兵，陈洪龄，王小曼（南京工业大学化学化工学院，江苏南京210009）收稿日期：2013－08－28作者简介：袁永兵（1985—），男，河南平顶山人，博士生，主要研究方向为黏土表面改性及其应用；陈洪龄（联系人），教授，E-mail ：hlchen@njtech．edu．cn．摘要：利用乙烯基三乙氧基硅烷（VTEOS ）以及十二胺和3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPS ）制备的改性剂对煅烧高岭土表面进行化学改性，并通过傅里叶红外光谱仪（FT-IＲ）、热分析仪（TGA ）、静态接触角（CA ）、透射电子显微镜（TEM ）等对样品进行表征。

结果表明：VTEOS 在煅烧高岭土颗粒表面成功进行硅烷化反应，十二胺与GPS 合成的改性剂对硅烷化的改性颗粒随之实现化学接枝；VTEOS 用量对最终改性产物的接枝量及亲疏水性能有直接影响；随着VTEOS 用量的增加，终产物表面接枝的改性剂基团也逐渐增多，最大热烧失量约为14.31%；但是颗粒疏水性未持续增强，接触角最大值约为147ʎ，最小值约为127ʎ；VTEOS 与高岭土质量相当时制备的最终改性产物在不同极性有机溶剂如乙醇、丙酮、二甲苯和环己烷中都能均一分散，未出现明显的团聚现象，平均粒径分别为1.08、1.71、1.34及1.85μm 。

关键词：煅烧高岭土；表面改性；硅烷偶联剂；分散性能中图分类号：O611文献标志码：A文章编号：1671－7627（2014）02－0021－07Organic modification of calcined kaolin surface and dispersionproperties in several organic solventsYUAN Yongbing ，CHEN Hongling ，WANG Xiaoman（College of Chemistry and Chemical Engineering ，Nanjing Tech University ，Nanjing 210009，China ）Abstract ：Calcined kaolin particle surface was modified with vinyltriethoxysilane （VTEOS ）and modifier synthesized with dodecylamine and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane （GPS ）．The blank and modified kaolin particles were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy （FT-IＲ），thermal analysis （TGA ），static contact angle （CA ），and transmission electron microscopy （TEM ）．Ｒesults indicated that VTEOS and the modifier synthesized with dodecylamine and GPS were successfully grafted on the surface of calcined kaolin particle via stepwise method ，and the dosage of VTEOS had a direct and significant influence on the grafting ratio and hydrophobic properties of the final products．The quantity of grafting groups anchored on final products increased with the increasing of VTEOS ，and the maximum mass loss was 14.31%．However ，the hydrophobic properties of final products were not be enhanced continuously ，and the maximum and minimum CA values were 147ʎand 127ʎ，respectively．The appropriate grafting density was fixed when the mass ratio of kaolin to VTEOS was 1ʒ1．Uniform and stable dispersions of the resultant products were achieved in several organic solvents of different polarities ，such as ethanol ，acetone ，xylene and cyclohexane ，and the mean particle diameters were 1.08，1.71，1.34and 1.85μm ，respectively．Key words ：calcined kaolin ；surface modification ；silane coupling agent ；dispersion properties近年来，黏土聚合物纳米复合材料（CPNs）因其优异的力学性能、良好的热稳定性以及化学性能，引起了研究人员广泛的关注［1－4］。

煅烧高岭土的比表面积及孔结构性质分析高岭土是一种常见的矿物质材料，由于其具有较大的比表面积和特殊的孔结构性质，被广泛应用于陶瓷、建筑、环境工程等领域。

本文将对煅烧高岭土的比表面积和孔结构性质进行详细分析。

首先，我们来讨论高岭土的比表面积。

比表面积是指单位质量或单位体积的物质所暴露于外部的表面积，通常用平方米/克或平方米/立方米表示。

煅烧高岭土的比表面积通常较大，这是由于高温煅烧过程中，高岭土中的水分和有机物质被蒸发和分解，留下了大量的孔隙和微细颗粒。

这些孔隙和微细颗粒增加了高岭土的表面积，进而增强了其吸附性能和反应活性。

其次，我们来研究高岭土的孔结构性质。

孔结构是指物质内部的孔隙分布和孔径大小，分为微孔、中孔和大孔。

煅烧高岭土的孔结构主要由孔径和孔隙率两个方面决定。

首先是孔径。

高岭土的煅烧过程中，由于水分和有机物质的蒸发和分解，形成了不同大小的孔隙。

这些孔隙可以分为微孔和中孔两种类型。

微孔是指孔径小于2纳米的孔隙，而中孔指孔径在2纳米到50纳米之间的孔隙。

高岭土中的微孔主要由粘土矿物颗粒之间的屈曲和折叠形成，而中孔则是由于高温煅烧过程中颗粒的收缩和重组造成的。

其次是孔隙率。

孔隙率是指物质内部孔隙的体积与总体积之比。

煅烧高岭土的孔隙率通常较高，这是由于高温煅烧过程中水分和有机物质的蒸发，导致高岭土颗粒之间形成大量的孔隙。

孔隙率的大小直接影响着高岭土的吸附性能和渗透性能。

高岭土的比表面积和孔结构性质对其应用性能具有重要影响。

首先，高岭土的较大比表面积使其具有良好的吸附性能。

高岭土的表面能够吸附大量的气体和溶液分子，从而提高了催化剂的活性和选择性、吸附剂的吸附能力，并且还可以用于环境工程中的污水处理和废气处理等方面。

其次，高岭土的孔结构性质对其渗透性能和储存性能也有影响。

由于高岭土中的孔隙和微细颗粒，使其具有较大的渗透能力，有利于土壤中的水分和气体的传输和调节。

此外，高岭土中的孔隙还能够储存一定量的气体和溶液分子，从而提高了其贮存性能。

煤系高岭土表面改性需要注意的几个问题高岭石矿物是1:1型层状二八面体硅酸盐矿物，其理想化学式为Al4Si4O10（OH）8，其晶体结构中的羟基是重要的官能团和活性反应点，非煅烧或非煤系中的软质高岭土就是通过羟基与表面改性剂发生反应达到表面改性目的。

煤系高岭土与传统的非煤系高岭上在结构及理化性能方面有很大区分，特别是煤系高岭土煅烧以后，由于羟基的脱去，其表面改性机理与非煅烧高岭土有很大不同，因而必需针对煤系高岭土自身结构和性质特点，选择有效的表面改性剂。

1、煤系高岭土煅烧前后的变化（1）表面官能团的变化高岭石煅烧后，内部结构发生了变化，其晶体结构中的羟基在550℃以上的煅烧温度已经脱失殆尽。

羟基的脱去使高岭石晶体颗粒与表面改性剂之间赖以反应结合的“桥梁”不复存在，从而使煤系煅烧高岭土与非煤系软质高岭土的改性机理和反应过程完全不同。

高岭石煅烧前后，其表面的官能团和活性反应点已发生变化。

煅烧前表面官能团和反应活性点重要为羟基，其表面改性机理重要是通过高岭石表面羟基与偶联剂分子的水解基团形成氢键缩合。

煅烧后高岭石表面官能团和反应活性点则重要为Si—O和Al—O键，因此应选择易与Si—O和Al—O键形成化学配位的表面改性剂。

（2）内部结构的变化高岭土煅烧后，除表面官能团发生变化外，内部结构也发生了变化，特别是当煅烧温度超过600℃后，高岭土全部X射线衍射峰消失，红外光谱的谱峰也发生迁移、合并，表现出煅烧高岭土已处于一种无序的非晶质相。

高岭土的这种结构无序化必将影响其理化性能，进而对高岭土的表面改性工艺、机理及效果造成影响。

（3）表面酸碱度的变化此外，高岭土煅烧后表面酸碱度也发生变化，酸度加添。

一般高岭石的pH值在6—7之间，煅烧后在5.6—6.1之间。

因此在改性过程中应有目的地选择呈弱碱性的表面改性剂，从而使两者能够有效地发生化学反应，使表面改性剂分子偶联在矿物表面。

（4）表面活性的变化此外，煤系高岭土煅烧后，由于失去羟基、表面存在大量的断键等因素而显示出极大的表面活性，表面能也相应加添。

【开发利用】改性煤系煅烧高岭土在农用薄膜中的应用效果研究耿万义1，李宝智2（1.安徽淮北金岩高岭土开发有限责任公司，安徽 淮北 235000；2.内蒙古包头市一二八信箱，内蒙古 包头 014010）摘要：本文主要研究了煤系煅烧高岭土的表面改性、母粒的加工及聚乙烯农膜中添加改性高岭土后对红外线的阻隔效果等。

关键词：煤系煅烧高岭土；改性；农用大棚膜；应用中图分类号：P619.232;TQ314.261 文献标识码：A 文章编号：1007-9386(2007)03-0021-02 农用塑料薄膜是农业生产中不可缺少的生产资料，虽然我国的农膜产量和覆盖的面积已跃居世界第一，但是具有各种功能性的农膜在品种和产量上还较少，特别是以其长寿、高保温、防雾滴和转光等功能的农膜，与国外较先进的国家相比，差距很大。

多年来，国内生产的聚乙烯膜温室效应比较差。

其中主要问题是红外线的阻隔率低，遮蔽作用很少。

当夜间农膜棚内土壤的温度高于棚内空间的温度时，可放出大量的红外线，透过聚乙烯膜散发，使热量损失，造成棚内和土壤中的温度下降，白天和夜间的温差加大，不利于农作物的生长。

由于改性煅烧高岭土具有阻隔红外线的作用，对改性煅烧高岭土做为红外线阻隔剂进行了研究，并根据国家农膜专业委员会专家们提出的要求进行了更深层次的研究和试验工作。

结果表明：改性煤系煅烧高岭土在塑料大棚膜中使用可起到最好的红外线阻隔效果，有利于提高大棚保温效果，并对大棚膜的水滴和雾滴的形成起到了一定的抑制作用，促进了农作物的生长，为农作物的增产和早熟提供了有利的条件。

因而用煤系改性煅烧高岭土做为塑料大棚膜中的保温助剂是完全可行的，其红外线阻隔效率和其他性能都是比较理想的。

1 超细煤系煅烧高岭土的表面改性、造粒与吹膜煤系高岭岩经超细和煅烧后，矿物中的吸附水与结晶水脱除，碳质被氧化排出，其堆密度减小，比表面积增大，表面活性提高等。

为了使超细煅烧高岭土能在聚乙烯农用塑料大棚中均匀分布，能与其很好的交联，并可增加和增强棚膜的功能，需对煅烧高岭土进行表面改性。