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第43卷第3期
化工技术与开发
Vol 43 No. 3
2014年3月
Technology & Development of Chemical Industry
Mar.2014
硅灰石的改性方法及应用
李永霞
(新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830019)
摘要:简要介绍了硅灰石的改性方法和应用领域,重点介绍了硅灰石改性后的表征方法。
关键词:硅灰石;面改性;应用
中图分类号:TID985
文献标识码:A
文章编号:1671-990562014)03-002403
硅灰石作为一种天然矿物原料在工业上应用始起,而另一端的亲油性基团能与基体形成物理缠绕
于20世纪30年代,到60年代硅灰石才较大规模地或化学反应。结果,表面改性剂在无机非金属矿物
被开发利用。目前,世界上已有20多个国家发现了填料和有机高聚物之间架起一座“分子桥”,将极性
硅灰石矿,探明总储量1.67亿t,地质储量4.15亿t,不同、相容性很差的两种物质偶联起来,从而增强了
主要分布在美国、前苏联、印度、墨西哥、芬兰、中国高聚物基体和无机非金属矿物填料之间的相互作
等。世界硅灰石产量逐年增长,1988年为18万t,用,改善了制品性能。
1990年已达27.5万t。据不完全统计,中国的硅灰
表面活性剂大多为有机化合物,具有不对称的
石年产量已达到595385,出口量近20万t,成为世分子结构,由亲水和疏水两部分基团所组成,根据基
界上碓灰石生产量第一,出口量第一的国家。
团的特征和在水中的离解状态可分为离子型和非离
1硅灰石的改性方法
子型两种类型。非离子型表面活性剂处理亲水性填
料表面时,其极性基团一端向着填料粒子并产生吸
1.1物理法
附作用,而使其硫水性一端向外,结果使亲水性填料
物理法是指不用表面改性剂而对无机非金属表面变成疏水性表面,从而改善了与聚合物之间的
矿物填料实施表面改性的方法,例如涂覆改性和高润湿性和亲合性,提高了在橡胶中的分散效果和补
能表面改性等。涂覆改性是利用有机物或无机物对强性能。
粉体表面进行包覆以达到改性的方法。高能表面改
偶联剂是一种具有双反应功能的化学物质,能
性是利用红外线、紫外线、电晕放电和等离子体照射把橡胶和非炭黑填料有机地联接在一起,使界面成
和超声波等进行表面改性的方法。李瑞海等通过为化学键结合,以显著提高非炭黑填料的补强性
高能辐照,改善了HDPE和CaCO3之间的相容性,改能。硅烷偶联剂的使用历史可以追溯到1945年前
性后体系的拉伸强度和冲击韧性有明显的提高,其后。钛酸酯偶联剂应用较晚,于1974年才首次
熔体温度敏感性好,粘度低,加工流变性能也有所改由 Montet发表了关于填料用钛酸酯偶联剂的文章。
善。这是别的表面改性方法所无法达到的,被认为而铝酸酯偶联剂是我国首创的偶联剂,自1984年问
是无机非金属矿物填料表面改性的一个新动向。但世以来,就以其合成简单、成本低、色浅无毒、性能优
该工艺复杂、成本高,目前还很难实现工业化生产。异等特点,为人们所瞩目,并逐渐在许多复合材料领
1.2化学法
域中获得推广,取得很好的应用效果,另外还有硼酸
利用各种表面改性剂或化学反应对无机非金属酯、磷酸酯結酸酯等作为偶联剂的报道。
矿物填料进行表面改性的方法,通称为化学法。表1.3机械力化学改性
面改性剂分子一端为极性基团,能与无机非金属矿
机械力化学改性是以化学剂与填料表面及其活
物填料表面发生物理吸附或化学反应而连接在一性基团之间的物理化学作用为基础,以机械一化学
作者简介:李永霞(1982-),工学硕土,讲师,2009年毕业于新疆大学化学化工学院,电话:1369999783
收稿日期:2013-12-18
第3期
李永霞:硅灰石的改性方法及应用
或热作用为手段的一种改性方法。对粉体进行超细面张力与液、气界面张力的夹角。接触角的大小可
粉碎同时实施表面化学改性,利用粉碎机械力效应以表征固体被液体润湿的程度,而润湿程度又与表
可以促进和强化改性效果。粉碎过程中施加的大量面的分子力大小有关。硅灰石表面具有亲水性,改
机械能,除消耗于颗粒细化外,还有一部分用于改变性后其亲水性减弱,因此分子间力变小,它和水的接
颗粒的晶格与表面性质,从而呈现激活现象。激活触角变大。一般情况下硅灰石在水中的接触角越大,
的颗粒极易与改性剂发生反应。此外,在粉碎过程说明改性效果越好。从液ー-固同分子力大小这一角
中不断出现新鲜的颗粒表面,也易与改性剂发生反度考虑,改性硅灰石和水的分子间力变小,则其在水
应。丁浩、卢寿慈等阿认为,以机械应力对表面激中的分散度变大,其粘度就会降低。因此,用粘度的
活为手段,在矿物研磨粉碎的同时加入改性剂从而方法也可表征硅灰石改性的好坏。
实现改性,是机械化学改性的最重要内容。由于机23红外光谱、扫描电镜
械化学改性方法为改性过程提供了更有益的条件,
扫描电镜是用电子束在试样表面逐点扫描成
因此效率高,效果好。
像,可以观察颗粒表面微观的三维形态和堆叠状态。
2填料表面改性效果的表征
放大到一定倍数之后,扫描电镜可以观察到改性后
通过测沉降高度、粘度、活化指数、表面接触角无机矿物表面改性剂的存在及其分布状态等,可以
等表征方法,在一定程度上可以用来表征硅灰石政从深层反应机理上对其进行分析。
对硅灰石的改性效果表征国内应用较多的分析
性效果,适合在改性前期阶段的研究过程中应用。
仪器为红外光谱,可以根据光谱的吸收频率的位置
扫描电境、红外光谱等大型仪器也能直接用来表征
和形状判断其表面物质的基团、状态、物质类型,并
硅灰石的改性效果,而且对改性机理等进一步的研
可按其吸收强度来测定它们的含量。用红外光谱可
究具有较重要的意义。
以观察到改性后新生成的化学键或官能团,并可以
2.1沉降高度法、活化指数
从量的角度对其进行对比分析。赵宇龙等通过对硅
取一定量的改性硅灰石放入装有沉降介质的试灰石改性前后红外光谱的测试,分析了硅灰石在高
管中,搅拌一定时间使其充分混合,然后静止,改性速搅拌条件下的改性机理。研究表明在这种情况下
硅灰石会发生沉淀现象。可以通过沉降的高度表征硬脂酸对硅灰石的改性主要是一种化学键合作用
改性效果,一般来说除沉降时间对沉降高度有影响红外光谱可以对硬脂酸的用量进行定量分析。
外,沉降高度和粉体的表面性质、粉体和液体的极性
也有很大关系。如果液体是纯的话,沉降高度则由3硅灰石的应用领城
液体的极性和粉体的极性来决定,如亲水性粉体在
1)陶瓷工业是硅灰石最主要的应用领域,约
极性大的液体中沉降高度小,而在极性小的液体中占总用量的40%~45%。在陶瓷工业中,硅灰石
沉降高度大。但是影响沉降高度的因素还有很多,不仅可以大幅度降低能耗和增加产量,而且能大
如液体的粘度、密度、粉体的表面形态、大小形状等,大地改善陶瓷制品的机械性能,从而提高了产品
因此用沉降高度的方法很难定量表示改性效果的好的质量。近年来,陶瓷材料在医学领域的作用越
坏,而且改性效果的好坏又因不同的填充对象而不来越大。王欣宇等在无压烧结条件下,制备了
同,沉降高度和填充后性能没有绝对对应的关系,只 Casic)3+B2_03+SrCO+CaF2+ Zno/HA生物复合材料。
是反映了大致的趋势。经过有机化改性后的矿物粉,
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