我国是全世界利用
高岭土资源最早的国家,主要的生产省份有江苏、江西、浙江、福建、湖南、广东、广西等地。高岭土在日常生活与国民经济中的应用十分广泛,现已用于油漆、涂料、造纸、橡胶、塑料、陶瓷、电缆、水泥、汽车、纺织、环保、化学、农业、耐火材料等诸多行业。目前国内对高岭土的研究以对其性质的深层次认识为主,并不断拓宽其在更多领域中的应用。另外,从80 年代开始,我国高岭土产品由初加工向精加工、由普通产品向新科技产品得到进一步发展。
国际高岭土市场比较分散,一般情况下,经济发达的国家,高岭土用量比较大。据统计,近年来高岭土在日本需求量为130 万t/a,加拿大70 万t/a,东南亚国家85 万t/a。全球高岭土产地主要在美国、英国、巴西、澳大利亚、捷克等国,产量基本稳定在4000 万t 左右。由于高岭土的片状结构,可以保证纸张的平滑度、光泽等达到质量指标,所以高岭土是造纸工业的主要颜料之一。高岭土属于不可再生资源,加上其应用领域的不断扩展,当前世界上用于造纸涂料的高岭土资源非常紧缺,价格也随之提高。
通常,高岭土矿物的形成过程和加工过程均存在着很大差别,这使其表面性质(包括物理性质与化学性质)大不相同,其应用范围缩小。因此,要使高岭土适应各种行业的需求,就要开发出多种不同的表面改性方法,拓宽其应用领域和范围。近来高岭土的改性与综合利用,成果显著、发展飞速,年用量以较大幅度增长。
1 高岭土的改性
(1)煅烧法改性
高岭土经过煅烧过程脱去水分以及其他易挥发物质,由此达到纯度、白度、表面性能、加工性能、晶体结构等方面均有所改善的目的。高岭土煅烧后密度变小、白度增高、比表面积变大、吸油性能增强,另外,其覆盖性、抗磨性、绝缘性及热稳定性都得到相应的提高。
(2)偶联剂改性
偶联剂可与高岭土表面上的活性基团发生相互作用,从而改变高岭土的某些性能。其方法主要有湿法处理和干法处理两种。湿法处理,在偶联剂溶液中加入高岭土粉末,一定温度下粉末将与溶剂发生分离, 再将粉末进行干燥处理;干法处理,在高速混合搅拌器中加入高岭土粉末,一定温度下搅拌混合并烘干,接着缓慢加入偶联剂与助剂,并继续搅拌混合一段时间,便可得到改性后的高岭土粉料。
湿法与干法相较,湿法虽然可使物料混合更加均匀,但是其溶剂用量较大、工艺工程繁杂、加工成本偏高,现已很少为工业所利用。目前应用的偶联剂种类非常多,如锆类、硅烷类、钛酸酯类、铝钛复合型、胺和脂肪酸表面活性剂类等。
(3)包膜法改性
包膜法是将有机物或无机物覆盖于高岭土粉粒表面,从而达到提高高岭土性能的方法。这种方法方便简洁、更具有实用性价值,通常可以用来处理一些对高岭土本身要求不高的产品。
(4)化学接枝改性
化学接枝,在一定条件下,高岭土表面的活性氢氧基可形成化学键或被基团取代,从而使高岭土的表面改性。通过选取适当的接枝体与改性条件,便可以达到所需要的改性目的。改性后高岭土的性能明显有所提高,在精细化专用化产品的生产加工方面,化学接枝法优势非常大,通常被应用于高岭土深加工和新产品开发的研究领域。
2 改性后高岭土的应用
(1)改性高岭土在涂料中的应用
高岭土由于其色白、价廉、流动性良好、化学性质稳定、表面阳离子交换量大,因此很早就被用作为涂料和油漆的填料。用于涂料的高岭土一般有水洗超细高岭土和煅烧超细高岭土两类。其中煅烧高岭土是最近几年刚刚研究开发出来的,其作为一种新的功能型添加料,具有良好的白度、覆盖性、柔软度、耐磨性、不透明性、不收缩性等,并在高聚合物中使涂料保持很好的色泽和稳定性[9]。高岭土本身为白色,用作添加料并没有覆盖性,但是如果适量地添加到白色涂料或油漆中,便可以起到增强光泽的作用,提高其覆盖能力。
(2)改性高岭土在塑料中的应用
高岭土在塑料中作为填料,能够代替PP、PVC、尼龙、聚酯、酚醛树脂中的重质CaCO3。这些塑料可用于加工生产地板、水管等塑料制品[10]。在塑料制品中应用改性煅烧高岭土,可使其表面光滑,提高其尺寸精度、变形温度、抗冲击强度、耐化学腐蚀性等,并可增加填加量,降低成本[11]。特别是在加工生产强绝缘性电缆塑料制品时,高岭土的添加可提高电阻率,使其性能远高于其它无机物填料。
(3)改性高岭土在橡胶中的应用
一般通过增强橡胶原料中配合剂的分散度与交联度,来改善橡胶原料的品质和性能,通常影响其制品力学性能的主要因素是填料的结构、粒度、粒度分布、物理化学性质等。利用一定的偶联剂和适当的加工工艺将无机填料改性后,使胶料的表面能有所降低,而交联度和分散度则有所增强。在橡胶中加入高岭土粉末,可生成有机高聚物与无机物的复合物材料,使其产品的物理化学性能均得到改善,同时可大大降低成本,提升产品级别,提高经济效益。
国际高岭土市场比较分散,一般情况下,经济发达的国家,高岭土用量比较大。据统计,近年来高岭土在日本需求量为130 万t/a,加拿大70 万t/a,东南亚国家85 万t/a。全球高岭土产地主要在美国、英国、巴西、澳大利亚、捷克等国,产量基本稳定在4000 万t 左右。由于高岭土的片状结构,可以保证纸张的平滑度、光泽等达到质量指标,所以高岭土是造纸工业的主要颜料之一。高岭土属于不可再生资源,加上其应用领域的不断扩展,当前世界上用于造纸涂料的高岭土资源非常紧缺,价格也随之提高。
通常,高岭土矿物的形成过程和加工过程均存在着很大差别,这使其表面性质(包括物理性质与化学性质)大不相同,其应用范围缩小。因此,要使高岭土适应各种行业的需求,就要开发出多种不同的表面改性方法,拓宽其应用领域和范围。近来高岭土的改性与综合利用,成果显著、发展飞速,年用量以较大幅度增长。
1 高岭土的改性
(1)煅烧法改性
高岭土经过煅烧过程脱去水分以及其他易挥发物质,由此达到纯度、白度、表面性能、加工性能、晶体结构等方面均有所改善的目的。高岭土煅烧后密度变小、白度增高、比表面积变大、吸油性能增强,另外,其覆盖性、抗磨性、绝缘性及热稳定性都得到相应的提高。
(2)偶联剂改性
偶联剂可与高岭土表面上的活性基团发生相互作用,从而改变高岭土的某些性能。其方法主要有湿法处理和干法处理两种。湿法处理,在偶联剂溶液中加入高岭土粉末,一定温度下粉末将与溶剂发生分离, 再将粉末进行干燥处理;干法处理,在高速混合搅拌器中加入高岭土粉末,一定温度下搅拌混合并烘干,接着缓慢加入偶联剂与助剂,并继续搅拌混合一段时间,便可得到改性后的高岭土粉料。
湿法与干法相较,湿法虽然可使物料混合更加均匀,但是其溶剂用量较大、工艺工程繁杂、加工成本偏高,现已很少为工业所利用。目前应用的偶联剂种类非常多,如锆类、硅烷类、钛酸酯类、铝钛复合型、胺和脂肪酸表面活性剂类等。
(3)包膜法改性
包膜法是将有机物或无机物覆盖于高岭土粉粒表面,从而达到提高高岭土性能的方法。这种方法方便简洁、更具有实用性价值,通常可以用来处理一些对高岭土本身要求不高的产品。
(4)化学接枝改性
化学接枝,在一定条件下,高岭土表面的活性氢氧基可形成化学键或被基团取代,从而使高岭土的表面改性。通过选取适当的接枝体与改性条件,便可以达到所需要的改性目的。改性后高岭土的性能明显有所提高,在精细化专用化产品的生产加工方面,化学接枝法优势非常大,通常被应用于高岭土深加工和新产品开发的研究领域。
2 改性后高岭土的应用
(1)改性高岭土在涂料中的应用
高岭土由于其色白、价廉、流动性良好、化学性质稳定、表面阳离子交换量大,因此很早就被用作为涂料和油漆的填料。用于涂料的高岭土一般有水洗超细高岭土和煅烧超细高岭土两类。其中煅烧高岭土是最近几年刚刚研究开发出来的,其作为一种新的功能型添加料,具有良好的白度、覆盖性、柔软度、耐磨性、不透明性、不收缩性等,并在高聚合物中使涂料保持很好的色泽和稳定性[9]。高岭土本身为白色,用作添加料并没有覆盖性,但是如果适量地添加到白色涂料或油漆中,便可以起到增强光泽的作用,提高其覆盖能力。
(2)改性高岭土在塑料中的应用
高岭土在塑料中作为填料,能够代替PP、PVC、尼龙、聚酯、酚醛树脂中的重质CaCO3。这些塑料可用于加工生产地板、水管等塑料制品[10]。在塑料制品中应用改性煅烧高岭土,可使其表面光滑,提高其尺寸精度、变形温度、抗冲击强度、耐化学腐蚀性等,并可增加填加量,降低成本[11]。特别是在加工生产强绝缘性电缆塑料制品时,高岭土的添加可提高电阻率,使其性能远高于其它无机物填料。
(3)改性高岭土在橡胶中的应用
一般通过增强橡胶原料中配合剂的分散度与交联度,来改善橡胶原料的品质和性能,通常影响其制品力学性能的主要因素是填料的结构、粒度、粒度分布、物理化学性质等。利用一定的偶联剂和适当的加工工艺将无机填料改性后,使胶料的表面能有所降低,而交联度和分散度则有所增强。在橡胶中加入高岭土粉末,可生成有机高聚物与无机物的复合物材料,使其产品的物理化学性能均得到改善,同时可大大降低成本,提升产品级别,提高经济效益。