表面改性是高岭土非常重要的深加工改性方法之一,是指根据应用的需要,对高岭土表面进行物理、化学或机械方法处理,以达到提高高岭土的白度、亮度、表面活性或改善与聚合物相容性等目的。

高岭土表面改性的基础是Si-O键和Al-(O,OH)键等活性基团,特点是即使采用化学反应的方法,也只改变矿物界面层次的组分,不改变内部晶体结构及物化性质,目前主要有以下几种方法:

1.表面反应法改性

表面反应法是指改性剂与高岭主表面的活性基团(-Al(Al)-OH,-Si-O-Al-和-Si(Al)-O)发生化学反应引入疏水或者带有活性的疏水基团,从而引起表面性质发生改变,既降低了表面能,又改善了高岭土的疏水性和反应性。

改性剂可以直接改性高岭土,也可以在其表面先反应生成离子,再通过离子交换的方式最终达到改性目的,此法重要手段有酯化、卤化、胺化等。

可根据需要选择不同的改性条件,以达到不同的改性目的。在制造精细化、专用化产品方面,这种方法具有很大的优势,是高岭土深加工的一个主要方面。

2.偶联剂改性

偶联剂改性法是对高岭土表面化学改性常用的方法,将高岭土表面通过化学法接枝有机偶联剂,从而改变高岭土表面性质,由亲水变为亲油,降低表面能,当填充到高分子材料中,改善与高分子材料的相容性。目前常见的偶联剂主要包括硅烷类,钛酸酯类,铝酸酯类,锆铝酸盐类等。

偶联剂是具有两性结构有机分子,主要官能团包括,亲水的极性基团和亲油的有机长链,亲水的极性基团能与高岭土表面发生化学反应,连接到其表面,而亲油的有机长链能与高分子链相互缠结,或者亲油长链带着活性基团能与高分子反应形成化学键,改善高岭土与高分子的相容性,提升高分子材料的性能。

用偶联剂处理高岭土,可有效抑制其与高聚物的“相”分离,可增大填充量,节约成本,同时可保持较好的分散性,从而改善了聚合物基体的综合性能,特别是冲击强度、抗张强度、柔韧性和挠曲强度等。

偶联剂处理通常有湿法处理和干法处理两种处理方法:

湿法处理是将高岭土粉料浸入溶有偶联剂的溶液中,在一定温度下作用,然后使溶剂与高岭土粉分离,再将粉料进行干燥处理。相比于干法处理,湿法具有粉料与偶联剂混合均匀的优点,但湿法处理加工工艺较复杂、溶剂损失大、成本高;

干法处理是将高岭土微粉投放入高速搅拌混合器中,在一定的温度下搅拌、烘干,将溶有偶联剂的溶剂和助剂缓慢加入,经一定时间的搅拌处理后,就可制得表面改性的高岭土填料。由于改性剂的用量通常只有粉体用量的1%～5%,用量很少,因此想使改性剂与粉体用干法处理时混合包覆的很好,必须对设备和操作过程充分注意,力求尽可能达到湿法的处理效果。