高岭土表面改性及其在PP中的应用
442. 煤系煅烧高岭土的表面改性和应用效果及应注意的问题
中国非金属矿工业导刊
总第 ３ ３ 期
〔 开发利用 ］
尸厂 不 ／
１ 前言
随着我国非金属矿加工及应用技术的快速发 展， 煤系锻烧高岭土作为填料或功能性填料在涂料、 塑料、 橡胶等有机高分子行业中得到了很好的应用。 对锻烧高岭土进行表面改性， 是要改变高岭土 粉体颗粒界面的性质， 改善锻烧高岭土与有机高分 子材料的亲合性， 提高在有机高分子材料中的分散 性， 增强制品的多种性能， 起到功能性的作用， 增 加缎烧高岭土的填加量 ，提高产品档次，降低高分 子制品的成本。因此锻烧高岭土的表面改性是一种 非常重要的深加工手段， 也是扩大锻烧高岭土应用 领域和提高有机高分子制品质量的一条十分有效的
散和混合 。
面积计算出。 一般我们的经验用量是０ ． ３ ％ 一１ ． ５ ０ ／ ｏ ０
（ ２ ）钦酸脂偶联剂 钦酸脂偶联剂分为单烷氧型、 鳌合型、 配位型。 前者的特点是含有多种功能， 适用范围广， 主要适用 于处理干燥的锻烧高岭土粉体。 第二种含有乙醇鳌合 基，适用于含水多的高岭土粉体的表面改性。第三 种耐水性好， 多数不溶解于水， 不发生醋交换反应， 适用多种类型的ｌ ＆ 烧高岭土改性。 在锻烧高岭土的表面改性中， 钦酸脂偶联剂一 般不单独使用，主要还是与硅烷偶联剂混配使用， 其效果比单一用钦酸脂偶联剂改性要好。 （ ３ ） 铝酸醋偶联剂 铝酸酷偶联剂以前因易水解而很少使用。 近年 来厂家生产铝酸醋采取了部分满足中心铝原子配位 数的特殊结构， 使铝酸醋偶联剂得到了很好的应用。 ２ ． ２ 表面改性的设备与工艺 一般锻烧高岭土的表面改性是以干法改性为 主。干法改性成本低，工艺技术要求不复杂，改性 效果能达到要求。目前国内表面改性的设备有高速 捏合机和连续改性机， 也可用高频振动研磨机等对 缎烧高岭土进行表面改性。 （ １ ） 用高速捏合机改性 将锻烧高岭土粉体加人到捏合机中， 在搅拌叶 片的高速旋转运动下， 高速旋转的料流撞击到折流 板上，改变物料流动的方向，物料可旋转式的上下 转动， 强化了物料的混合与分散效果，当磨擦升温 后， 滴加助剂，调整ｌ ＆ 烧高岭土的表面性质。当温 度继续上升到９ ０ ℃时， 以雾化或滴加的方式加人改 性剂，然后再进行高速搅拌等工艺。 （ ２ ）用连续改性机改性 用Ｓ Ｌ Ｇ 三筒连续改性机时将锻烧高岭土和复合 改性剂按一定比例分加， 并以螺旋送料的方式进人
煤系高岭土的表面改性及其应用
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煤 系高 岭土 的表 面改性 及其 应用 ①
赵月芳
（ 朔里煤 矿 高岭土 总 厂煅烧 厂 安徽 淮北 ２５５） ３ ０ ２
［ 摘 要】 文 浅 析 高岭 土 的特 征 、改性 作 用 、 改性 剂 的 构造 与 改 性机 理 、应 用 等 。 本 ［ 关键 词］ 烧 高岭土 表面 改性 用 途 煅 文 章编 号 ：０ ９ ９ ４ （ ０ ０ ２ — ３ ９ ０ １０ — １Ｘ ２ １） ２０ ０— ２ 中图分 类号 ：Ｑ ２ ． Ｔ ６ ３６ 文献标 识码 ： Ａ
１煤 系高 龄岩 特 征 煤 系高 岭岩 主 要 由高岭 石及 炭 质等 组成 。矿 石 一般 为灰 色一 灰 黑色 ， 块 状 构造 ， 壳状 断 口， 隐晶质 结构 ， 晶体呈 蠕 虫状， 晶有序 度 高， 结 是我 国北方 石 炭 、二 叠系 煤 层 中夹 杂 的 一种 岩 石 。煤 系 高岭 岩 与煤 层 具 有一 定 的 成 因关 系 ， 般厚度 ０ ３ １ ５ ， 一 ． ． ｍ 且有 的矿 段可 出现 数 层， 成为 一种 独特 的 资源 。 ２高岭 ± 表面 改性 煅烧 高岭土 表面 改性 ， 是根据 应用 的需要 有 目的地将 其表面 原有 的物化 性 质 进行 改变 ， 即利用 表 面化 学方 法， 将有 机物 分子 中 的官 能团在 高 岭土颗 粒表 面 产生吸 附或化 学反应 ， 颗粒表 面进 行包覆 ， 高岭土 的表 面有机 化， 到 改 对 使 达 性 的 目的 。改性剂 的选 择和 应用 ， 是表 面改 性 的关键 技术 ， 其工 艺和 设备 也是 这 一技 术 重要 的组 成部 分 。使 用 的表 面改 性剂 ， 般选 择 以硅 烷偶 联 剂类 为 一 主 体 的 改性 剂 。用 量可 根 据煅 烧 高 岭土 的改 性量 、比表 面 积 、最 小包 覆 面 积 计算 出。按 经验 ， 般加 入 ０ ３ ％ １ ２ 一 ． 一 ． ％左右 。 ２ １ 硅烷偶 联 剂 ． 商 品化 的硅烷 偶 联剂 有近 百种 ， 选择 是 改性 的关 键 。不 同 的硅烷 偶 联 其 剂 与其 它 助剂 的复 配方 法 、使 用 方法 和 适 用范 围都 不 同 。因而 要 根据 不 同 的有机 高 分子 基 料及 不 同应用 行 业 技术 要求 等 ， 选择 不 同 的偶 联剂 和 助 剂 。 在 无机 粉 体颗 粒 的 表面 改 性 中 常用 的 是 乙烯 基 硅烷 、氨 基 硅烷 、环氧 基 硅 烷 、 羧基 硅 烷 、 甲基 硅 烷 等 。硅 烷偶 联 剂 是 合 成 的，一 般 是硅 原 子 上有 可 水 解基 团 的合成和 硅 原子 上有 官能 团 的合成 。无机 粉体 表面 改性 常用 的硅 烷 偶 联 剂采 用 的是 后 者 的合 成 方 法 。 硅烷偶 联剂 是类分 子中 同时含有 两种 不同性质 基 团的有机 硅化合 物， 可用 以下通 式表 示 ：ＳＸ Ｙ ｉ 式 中 Ｘ是 水解基 团， 一般 是烷氧 基 。这 类基 团 水解后 生 成 ｓ － Ｈ 可 与煅烧 高 岭土颗 表 面产 生化 学反 应， 成氢 键， 缩合 成共 价键 。 ｉＯ ， 形 并 由于氢键 和共价键 是远 比范 德华 力强 的界面作 用力 ， 且硅烷 偶联剂 与煅烧 高 岭 土 粉体 间 的界面 总键 能要远 远 高 出单纯 的物 理吸 附 。因此 呈现 出对煅 烧 高岭 土粉 体界 面 有很 强 的附着 力 。硅烷 偶 联剂 各 分子 间 的 Ｓ 一）相 互缩 合， ｉ（ Ｈ 齐聚 形 成网状 结构 的膜 ， 覆盖 在高 岭土 粉体 颗粒 的表 面， 外露 有 Ｙ反应 活性 的 官 并 能 团， 它又可 与有 机 高分 子材料 等 发生键 合 作用， 使煅 烧 高岭土 与有 机 高分 子 基 料之 间 产生 强 有 力的 交 联， 形成 牢 固的 化学 键 。 ２ ２ 改性 设 备与工 艺 ． 表面 改性 一般 以干法 为 主 。 法 改性成 本低 ， 艺技术 要求 不复 杂 ， 效 干 工 且 果 能达 到要 求 。 目前 国 内表 面 改性 的设 备有 高速 捏 合机 和连 续 改性 机， 也可 用 高频 振 动研 磨 机 等对 煅 烧 高 岭土 进 行表 面 改 性 。 （） 高速 捏合机 改 性 。 煅烧 高岭 土粉 体加 入到 捏合 机 中， １用 将 在搅 拌 叶片 的高速 旋转 运动下 ， 高速 旋转 的料流 撞击 到折流 板上， 改变 物料 流动 的方 向， 物 料 可旋转 式 的上下 转动 ， 强化 了物 料 的混合 与分 散效 果 。当磨擦 升温 后， 加 滴 助 剂， 调整煅 烧 高岭 土 的表 面 性质 。 当温 度继 续上 升 到 ９ ℃时 ， Ｏ 以雾化 或 滴 加 的方 式加 入 改 性剂，然后 再进 行 高速 搅 拌 等 工艺 。 （） ２ 用连 续 改性机 改性 用 ＳＧ三筒连 续 改性机 时 ， 煅烧 高 岭土和 复合 Ｌ 将 改性剂 按 一定 比例分 加， 并以螺 旋送 料 的方式 进入 改性 腔 中， 煅烧 高 岭土 可在 该段 加热 。改性腔 物料 在 高速 旋转 的转 子带动 下 ， 流 化态旋 转 ， 煅烧 高 岭 呈 对 土进 行充 分 的混 合 打散 和强 制 表面 改性 。Ｐ Ｃ连续 改性 机是 先将 高 岭土在 螺 Ｓ 旋送料 段 加热， 后用 螺旋 方式 输送 到雾 化腔 体， 然 将复 合改 性剂 以雾 状与其 他
PP改性
聚丙烯（PP）改性技术介绍1、填充改性填充改性是在塑料中添加相对廉价的非金属矿粉体材料或其它材料，从而降低制品的原材料成本，同时还可以改善塑料材料某些性能，比如刚性、硬度和耐热性等。
通常使用的非矿粉体材料有碳酸钙（轻钙、重钙）、滑石粉、云母粉、高岭土、硅灰石粉、氢氧化铝、氢氧化镁或水镁石粉、沉淀硫酸钡或重晶石粉等。
表1列出几种主要填充材料及在聚丙烯塑料中的改性效果。
表1 几种主要填料及对PP改性效果填料种类改性效果碳酸钙（重钙、轻钙）增量降低成本、提高抗冲击性能、改善印刷性滑石粉（片状）增量降低成本、提高刚性和耐热性、提高尺寸稳定性云母粉（片状）显著提高刚性和耐热性，提高尺寸稳定性和耐高温蠕变性煅烧高岭土提高电绝缘性硅灰石（针状）有一定增强效果、提高表面硬度沉淀硫酸钡（重晶石粉）提高制品表面光泽、增大材料密度氢氧化铝、氢氧化镁（水镁石粉）作为阻燃剂使用，达到填充、阻燃、消烟三重效果炭黑制作导电塑料，达到永久抗静电效果，提高耐光照老化性金属粉末制作导电塑料，达到永久抗静电效果木粉降低成本、有利资源再生利用石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯提高润滑性、减小摩擦力填充改性中也存在填料在聚丙烯基体中的分布、分散是否均匀的问题，同时填料颗粒表面需经适当处理才能与非极性聚丙烯的分子有较好的亲合性。
填料的表面处理方法及处理剂的选择是决定填充改性成败的关键。
填充改性PP生产工艺，其主机都是混炼型挤出机，可以根据不同的需要采用不同的螺杆形式。
通常情况下多采用单螺杆挤出机或双波状螺杆挤出机或双波状螺杆挤出机，只有在特殊专用料的生产上采用双螺杆机挤出机，不过对用碳酸钙填充或滑石粉填充、选用单螺杆或双波状螺杆挤出设备完全可以实现。
2、共混改性采用机械的办法，在已经生成的聚合物中加入其它聚合物，使其性能发生变化称之为共混改性。
以聚丙烯为主体的共混改性可以达到的各种效果见表2。
表2 PP共混改性使用的添加物及改性效果改性效果改性用添加物提高抗低温冲击性乙丙橡胶、EPDM、POE、EVA、SBS提高透明性LDPE、乙丙橡胶、POE提高着色性聚酰胺、聚氨酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚酯、聚偏二氯乙烯提高气密性（气体阻隔性）聚酰胺、聚偏二氯乙烯改进抗静电性聚乙烯醇在共混改性中必须注意不同聚合物之间的相容性，在相容性较差的两种聚合物共混时，往往需要加入分别和两种聚合物相容性都好的第三组分，称之为相容剂。
高岭土的表面改性与功能化
高岭土的表面改性与功能化高岭土是一种常见的天然无机材料，由硅酸盐矿物质高岭石经过加工处理得到。
高岭石主要成分是三明治结构的硅酸盐，其中包含硅氧四面体和氢氧化层。
由于其独特的结构和化学性质，高岭土被广泛应用于陶瓷、塑料、橡胶、涂料等领域。
然而，高岭土在某些特殊应用中需要具备更多的功能，因此研究人员开展了高岭土的表面改性与功能化研究。
高岭土的表面改性主要是通过改变其表面的化学成分和结构，以提高其特定性能或赋予其特定功能。
一种常见的改性方式是离子交换，主要通过交换高岭土表面层中的阳离子或阴离子来改变其性质。
通过离子交换可以调节高岭土的吸附性能、分散性能、流变性能等。
另一种改性方法是表面修饰，即在高岭土表面引入有机官能团或其他化合物，使其具备特定的化学反应性和性能。
高岭土的功能化主要是通过改变其物理性能和化学反应性来赋予其特定的功能。
在陶瓷领域，添加高岭土可以提高陶瓷的强度、延展性和耐磨性，同时改善陶瓷的烧结性能。
在塑料和橡胶领域，高岭土可以作为填充剂，提高塑料和橡胶的强度、硬度和耐磨性。
在涂料领域，高岭土可以作为稳定剂、增稠剂和消泡剂，提高涂料的黏附性、流变性能和耐候性。
除了常见的应用领域外，高岭土的表面改性与功能化还在其他领域得到广泛应用。
例如，在环境领域，高岭土可以用于水处理、废水处理和土壤修复。
通过改变高岭土的吸附性能和离子交换性能，可以有效去除水中的有害物质和重金属离子。
在能源领域，高岭土可以作为电池、电容器和催化剂的重要组成部分，用于能量存储和转化。
高岭土的表面改性与功能化研究不仅有助于提高高岭土的性能和功能，还可以推动相关领域的技术进步和应用应用发展。
然而，目前高岭土的表面改性与功能化研究仍面临一些挑战和问题。
首先，高岭土的表面改性方法和功能化机制尚未完全理解和掌握，需要深入研究和探索。
其次，高岭土的应用范围和潜力还有待挖掘和扩大，需要进一步拓展其应用领域。
最后，高岭土的可持续性和环境友好性也是需要考虑的重要因素，需要寻找更加环保和可持续的改性和功能化方法。
高岭土的表面改性
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。
纳米高岭土在塑料阻燃方面的应用
5 纳米高岭土在塑料阻燃方面的应用近年来，聚合物／粘土纳米复合材料在全球成为一个研究热点，目前大都以蒙脱石为原料，采用插层聚合或复合的方法，很少有纳米高岭土的报道。
高岭石具有与蒙脱石不同的结构，它是由一层Si-O四面体片和一层A1-(O，OH)八面体片组成的1:1的层状结构。
层间不含可交换性阳离子，层间由氢键联结。
高岭石晶片表面呈电中性(蒙脱石晶片具较高的负电荷)，具有低的粘度、良好的流动性和分散性，并且通常比蒙脱石粘土矿床纯度高。
根据这些特性，可以利用高岭石制备出性能优良的纳米粘土粉体。
这种纳米粉体可以更好地融入到传统的橡胶或塑料共混工艺中，并且成本较低。
目前，纳米高岭土的应用已经基本完成了其在橡胶领域中的应用研究[61-63]。
高岭土是一类具有层状结构的含水铝硅酸盐，其层间具有某种活性，适宜作为化学反应场所。
正因为高岭土矿物这种特殊的层状结构，使其在橡胶纳米复合材料中表现出优异的物理机械性能，它在橡胶纳米复合材料中主要有以下作用：①降低成本增大容量，主要是减少原胶用量；②增强补强作用，提高产品的硬度和强度；③调整橡胶的流变性、混炼性、硫化性能；④改变橡胶的化学性质，如降低渗透性、改变界面反应性、化学活性、耐水性、耐候性、防火阻燃性等；⑤改善热电磁性能，如提高热畸变温度和耐电弧性等。
⑥替代传统的炭黑和白炭黑，节约能源，减少污染，可广泛应用于浅色制品，改变原来大部分橡胶制品的单一黑色。
况且高岭土与其他的粘土矿物相比，具有更高的天然白度和纯度，资源更为丰富，价格更低廉，这使得高岭土在工业化生产中制备粘土/橡胶复合材料方面具有很大的优势。
在完成对纳米高岭土制备工艺过程的研究后，本章将对纳米高岭土的应用展开研究。
作为新开发不久的新的纳米材料，纳米高岭土在生产、应用方面有诸多环节需要不断的优化与调整。
而在应用方面的研究难度更加困难，要实现PLS（无机）在聚合物（有机）中的应用，必然要跨越传统无机与有机之间的界限。
高岭土表面改性及其在PP中的应用
图6 改性前后高岭土红外光谱比较 2.3 高岭土对聚丙烯力学性能的影响 2.3.1 高岭土填充量对聚丙烯拉伸性能的影响：从 图 7 可看出，随高岭土用量的增加，复合材料的拉伸 强度和断裂伸长率上升，达到一最大值后下降。这 可能是因为加入少量的微细高岭土，易在聚丙烯基 体中分散均匀。同时由于高岭土经表面改性后，使 其和聚丙烯基体有良好的界面粘结，导致拉伸强度 和断裂伸长率提高；随高岭土用量的增加，高岭土微 粒之间产生自聚，粒子尺寸变大，粒子周围一些区域 易产生应力集中，导致复合材料的拉伸强度和断裂 伸长率降低。
图1 改性剂用量对沉降体积的影响 2.1.2 改性时间：改性时间对沉积体积的影响，见图 2。从图中可看出：当改性时间为 10min 和 30min 时，改性高岭土的沉降体积较大，分别为 16.8ml 和 17.5ml。因此，改性时间以 30min 为最佳，因为当改 性时间为 10min 时，改性剂大部分是以物理吸附的 形式存在于纳米高岭土的表面。
3 Tjong S C, Meng Y Z, Hay A S. Novel preparation and properties of polypropylene-vermiculite nanocomposites[J]. Chemistry of Material, 2002,14(1): 44~51
摘 要 利用脂肪酸型改性剂对高岭土进行了表面改性，探讨了表面改性条件，并用沉降体积、容重、XRD、FT-IR 对改性效果进行表征， 确定出最佳改性工艺为：改性剂用量 1.5%、改性时间 30min 和改性温度 70℃。最后采用熔融共混法制备了 PP/ 高岭土复合材料，并测试了其 力学性能，发现在改性高岭土填充量为 3%~6% 时，可使复合材料具有良好的力学性能。
高岭土在塑料材料领域的应用研究进展
高岭土在塑料材料领域的应用研究进展概述高岭土作为一种重要的天然无机材料，近年来在塑料材料领域的应用得到了广泛研究和关注。
本文将就高岭土在塑料材料中的应用进行综述，并重点介绍高岭土在增强改性塑料、阻燃塑料和生物降解塑料领域的应用研究进展。
一、高岭土在增强改性塑料中的应用增强改性塑料是指利用各种增强材料进行改性的一种复合材料。
高岭土因其具有高比表面积、强韧性和化学稳定性等特点，成为一种常用的增强材料。
高岭土作为增强材料可以显著提高塑料的力学性能和热稳定性。
目前，研究者们通过改变高岭土的形貌结构、掺杂不同的纳米颗粒和调节填充剂比例等手段，实现了对塑料材料物理与力学性能的调控。
此外，高岭土在增强改性塑料中的应用也可以降低塑料的成本，改善塑料的可加工性和增加其屏蔽性能。
二、高岭土在阻燃塑料中的应用阻燃塑料是一种能够减缓或阻止塑料燃烧的材料。
高岭土通过其本身的吸热性能和形成阻燃层的作用，可以有效提高塑料的阻燃性能。
研究表明，高岭土在阻燃塑料中的应用可以显著降低塑料的火焰蔓延速度、烟雾生成量和毒气释放量，同时提高材料的阻燃指数。
高岭土作为环保、可再生的阻燃增塑剂，能够有效应对火灾事故对环境和人身安全的威胁，因此在阻燃塑料领域具有广阔的应用前景。
三、高岭土在生物降解塑料中的应用生物降解塑料是一种可以在自然环境中被微生物分解的塑料材料。
高岭土作为一种天然矿物质，非常容易被微生物降解，因此在生物降解塑料领域有着重要的应用价值。
目前，研究者们通过在生物降解塑料中引入高岭土，可以显著提高塑料的降解速度和降解效果。
此外，高岭土不仅可以提高生物降解塑料的物理性能，还可以调控塑料的可降解性能和可控释放性能。
高岭土在生物降解塑料领域的应用研究，将为塑料垃圾处理和环境保护提供可行的解决方案。
结论高岭土作为一种重要的无机材料，在塑料材料领域的应用研究有着广泛的应用前景。
高岭土在增强改性塑料、阻燃塑料和生物降解塑料领域的应用研究已经取得了一系列的研究进展，为塑料材料的性能改进、环境保护和可持续发展提供了新的思路和解决方案。
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非金属矿
Non-Metallic Mines
Vol.30 Sp. Issue Sep, 2007
高岭土表面改性及其在PP中的应用
刘钦甫1 范雪辉1 陆银平2 程靖国3
（1 中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京 100083；2 河南理工大学材料学院，河南 焦作 454000；3 中石化胜利油田分公司滨 南采油厂采油一矿，滨州 256657）
图3 改性温度对沉降体积的影响 2.2 改性效果表征 2.2.1 改性前后高岭土在液体石蜡中的沉降体积对 比：从图 4 可看出，随沉降时间的延长，沉降体积均 达到平衡。未经改性的高岭土由于表面具有亲水性， 在有机相中倾向于团聚，大粒子沉降较快，小粒子被 沉降较快的大粒子所夹带，所以沉降体积较小；而高 岭土经改性处理后，表面呈现亲有机性，在有机相中 倾向于分散均匀，达到平衡后，其沉降体积明显高于 未改性的高岭土，这说明高岭土经改性处理后，在液 体石蜡中的分散性和稳定性均得到明显改善。由于 液体石蜡和 PP 同为有机体，上述研究结果可为高岭 土在 PP 中达到良好的分散性和稳定性奠定基础。
各种试验表明，新开发的超级龙岩高岭土，无论 从高岭土本身的物理化学指标、还是在陶瓷配方应 用试验来讲，可与新西兰高岭土媲美；而超级龙岩高 岭土价位，仅为新西兰高岭土的 60%，这对进入市场 与其共同分享份额，也是比较有底气的。 3 超级龙岩高岭土开发带来的效益和品牌提升 3.1 超级龙岩高岭土开发产生的效益 2004 年以 来，我公司开发的超级龙岩高岭土产量在逐年增加， 产销率达到 95% 以上，成为公司产值、利税的重要 增长点（表 3）。
图2 改性时间对沉降体积的影响
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第30卷增刊
非金属矿
2007年9月
2.1.3 改性温度：温度对湿法改性的效果也有很大 的影响。适当的温度有利于改性剂在水中的分散， 但温度过高反而又会降低改性效果。图3反映了这 种变化趋势。由图可知，对高岭土进行表面改性 时，改性温度为70℃时，改性效果最佳，高于或低 于这个温度，改性效果都有不同程度的降低。
4 高濂, 孙静, 刘阳桥. 纳米粉体的分散及表面改性[M]. 北京: 化学 工业出版社, 2003: 275
图5 改性前后高岭土的容重对比
图7 高岭土不同填充量对聚丙烯拉伸性能的影响 由图 7 还可看出，复合材料的拉伸弹性模量随
高岭土用量增加逐渐上升，产生这种结果的主要原 因是微细高岭土比表面积大，表面原（下转第 17 页）
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第30卷增刊
非金属矿
2007年9月
岭土中 TiO2 含量达 0.05%，高于龙岩高岭土的含量 0.01%~0.02%。TiO2 在还原焰中烧成的瓷器呈灰黑 色，极大地影响了陶瓷制品的白度和透光度，因此， 新西兰高岭土同样的配方料在 1350℃中还原烧成， 其瓷器白度和透光度没有龙岩高岭土的好。
将改性后的高岭土与聚丙烯按不同比例在高速 混合机中充分混合后，并经双螺杆挤出共混造粒，熔 体温度控制在 200℃左右，再经注塑样条后，测试复
合材料的力学性能。 1.4 力学性能测试 拉伸强度、拉伸模量及断裂 伸长率，按GB/T1040-92 测试。冲击性能，按GB/ T1043-93 测试。 2 结果及讨论 2.1 改性条件确定 2.1.1 改性剂用量：改性剂用量是影响改性效果的 重要因素。在其它条件不变的情况下，改性剂用量 对改性效果的影响，如图 1 所示。从图中可看出，随 着改性剂用量的不断增加，改性高岭土在液体石蜡 中的沉降体积也随之变大。当改性剂用量为 1.5% 时，沉降体积最大，即此时改性效果为最佳。随后增 加改性剂的用量，改性效果反而变差。
2 Fu X, Qutubuddin S. Polymer-clay nanocomposites: Exfoliation of organophilic montmorillonitenanolayers in polystyrene[J]. Polymer, 2001, 42(2): 807~813
摘 要 利用脂肪酸型改性剂对高岭土进行了表面改性，探讨了表面改性条件，并用沉降体积、容重、XRD、FT-IR 对改性效果进行表征， 确定出最佳改性工艺为：改性剂用量 1.5%、改性时间 30min 和改性温度 70℃。最后采用熔融共混法制备了 PP/ 高岭土复合材料，并测试了其 力学性能，发现在改性高岭土填充量为 3%~6% 时，可使复合材料具有良好的力学性能。
本 研 究 所 用 高 岭 土 颗 粒 细 小，平 均 粒 径 在 300~500nm，片层厚度在 20~50nm，比表面积在 32 m2/g。由于其颗粒微细、表面积大， 表面具有较高 的活性，易发生团聚。同时由于高岭土与聚合物的 界面性质不同，相容性较差，在聚合物中难以均匀分 散，使这种微细高岭土的优良性质不能得到充分发 挥。本研究通过对高岭土表面改性，改善其分散性， 提高它与聚合物间的亲和力和相容性 [4]，达到对塑 料的增强、增韧目的。 1 实验部分 1.1 实 验 原 料 高 岭 土，山 东 枣 庄 三 兴 高 新 材 料 有 限 公 司；脂 肪 酸 型 改 性 剂，市 售；聚 丙 烯 （C001-1998），锦州石化股份有限公司。 1.2 主要设备 高速混合机，10L，南京塑机厂；双 螺杆挤出机，ZSK-25WLE，德国 WP 公司；注射成型 机，JPH10，广东泓利机器有限公司。 1.3 样品制备 将高岭土制成10%浓度的浆料， 加热至一定温度，在搅拌下加入改性剂，反应一定 时间，抽滤，产物置于110℃烘箱中干燥，然后在 粉碎机中打散，得到改性高岭土。用沉降体积、容 重、XRD、FT-IR对改性效果进行表征。
图8 高岭土不同填充量对聚丙烯冲击性能的影响
3 结论 1. 用脂肪酸型改性剂对高岭土进行改性时，改
性剂的最佳用量、最佳改性时间及最佳改性温度，分 别是 1.5%、30min、70℃。
2. 改性剂分子分别以物理吸附与化学吸附共同 作用于高岭土表面，但以物理吸附作用为主。
3. 本实验所用微细高岭土经改性后，低含量填 充聚丙烯，对其具有一定的增强增韧作用。
波数/cm-1
图6 改性前后高岭土红外光谱比较 2.3 高岭土对聚丙烯力学性能的影响 2.3.1 高岭土填充量对聚丙烯拉伸性能的影响：从 图 7 可看出，随高岭土用量的增加，复合材料的拉伸 强度和断裂伸长率上升，达到一最大值后下降。这 可能是因为加入少量的微细高岭土，易在聚丙烯基 体中分散均匀。同时由于高岭土经表面改性后，使 其和聚丙烯基体有良好的界面粘结，导致拉伸强度 和断裂伸长率提高；随高岭土用量的增加，高岭土微 粒之间产生自聚，粒子尺寸变大，粒子周围一些区域 易产生应力集中，导致复合材料的拉伸强度和断裂 伸长率降低。
参考文献
1 龙岩市建材产业十一五规划 [Z]. 龙岩：龙岩市经贸委，2006 2 龙岩高岭土有限公司产品深加工及中长期规划 [Z]. 龙岩：龙岩高
岭土有限公司，2006 3 陈文瑞 . 把握矿物特性开发龙岩高岭土 [J]. 非金属矿，2005( 增刊 ) 4 李启福，陈文瑞，袁勇，等 . 龙岩高岭土改性及其性能研究 [J]. 中国
表3 超级龙岩高岭土产品经济效益
年度
销售量 /t
销售收入 /万元
税利/万元
税收
利润
2004
2300
333
72.8
70
Байду номын сангаас
2005
5530
802
203
205
2006
10000
1324
321
338
2006 年，超级龙岩高岭土增加了 60 级产品，产 销量首次突破 1 万 t。
3.2 超级龙岩高岭土提升了龙岩高岭土的品牌知 名度 依靠自主创新力量，采用科技创新的思维，创 造性地开发出具有高的工艺技术水平和高的产品技 术附加值的超级龙岩高岭土，同时也让下游用户享 受到使用高档产品带来的高档回报。在经济全球化 的今天，我国已成为全球最大的陶瓷生产和出口国。 由于国内陶瓷行业工艺和产品逐步升级，生产线自 动化和产品高档化，对陶瓷主要原料高岭土提出了 更高的要求。超级龙岩高岭土的高强度、高可塑性、 高白度和优异的成瓷性能，正可满足这种需求。在 国内，超级龙岩高岭土不仅取代了部分进口高岭土， 市场份额超过了 80%，年出口超级龙岩高岭土也达 到了 7000t，成为国际高档陶瓷生产商的主要配方原 料。总之，超级龙岩高岭土的开发，不仅锻炼了龙岩 高岭土有限公司的自主创新能力和水平，更是让东 宫 LKC 龙岩高岭土这块牌子从福建名牌这个新的 起点开始，迈步国际市场，将取得更大的成绩。
关键词 高岭土 表面改性 聚丙烯 力学性能
黏土 / 聚合物纳米复合材料，是一种无机层状 硅酸盐以纳米级的尺寸分布于高聚物基体中的复合 材料，它综合了高聚物优异的可加工性能和无机材 料的高模量、高强度的性能 [1~3]。高岭土是高岭石、 地开石、珍珠陶土、埃洛石等具有 1 ∶ l 型层状结构 的黏土矿物的总称，它是对高聚物进行改性所用的 诸多黏土矿物填料的一种。由于其价格低廉，资源 丰富，无毒性，而日益成为重要的高分子填料之一。
图1 改性剂用量对沉降体积的影响 2.1.2 改性时间：改性时间对沉积体积的影响，见图 2。从图中可看出：当改性时间为 10min 和 30min 时，改性高岭土的沉降体积较大，分别为 16.8ml 和 17.5ml。因此，改性时间以 30min 为最佳，因为当改 性时间为 10min 时，改性剂大部分是以物理吸附的 形式存在于纳米高岭土的表面。
图4 改性前后高岭土在液体石蜡中的沉降体积对比 2.2.2 高岭土改性前后的容重对比：从图5可看 出，高岭土经过改性处理后，容重不及原来的一 半。改性高岭土的容重下降，说明颗粒之间的团聚 减少，达到了表面改性的效果。
2.2.3 高岭土改性前后的红外光谱对比：如图 6 所 示，经改性后，高岭土红外光谱的的基本骨架未发生 变 化，在 2964cm-1、2928cm-1 和 2855cm-1 处 出 现 的 吸收峰，对应于官能团 -CH3 和 -CH2 的振动吸收峰； 在 1582cm-1 处出现了 C=O 的吸收峰，这些吸收峰 位置的移动，表明改性剂已经吸附于高岭土颗粒表 面。此外，在 798 cm-1 处 OH 的弯曲振动吸收峰的 位置，移至 796 cm-1 处；在 3700cm-1~3600cm-1 范围 内，高岭石 OH 伸缩振动的吸收峰的强度均略有下 降。上述高岭土羟基吸收峰的变化，说明改性剂与 高岭土表面的羟基发生了化学作用，在一定程度上 影响了高岭土的晶体结构。