引言

高岭土改性的研究与应用，国内外专利文献、资料时有报道，成果显著、发展迅速，改性高岭土年用量以较大幅度增长。改性高岭土比改性碳酸钙、硅酸钙、氧化铝、二氧化硅和云母的用量、用途及效果更胜一筹。高岭土的改性从广义讲可以通过物理、化学或机械的方法进行。对高岭土进行煅烧是改性，超微粉碎也是改性，因为它们均能赋予高岭土更好的活性(物理的、化学的)和更好、更广泛的应用特性^[1]。

由于高岭土的矿物形成条件及开采加工方法的差异，导致其表面性能(物理性质如表面积、表面能、表面形态等；化学性质如晶体结构、表面官能团等)有很大差别，使高岭土的应用范围具有局限性^[2]。因此，研究、开发不同表面改性的方法，适应高岭土在不同行业中的应用要求，是扩大高岭土的应用范围及效果的重要手段。

一、高岭土矿物表面物理化学特征

高岭土又称瓷石，是多种矿物组成的含水铝硅酸盐的集合体，主要有用的成分是高岭石，其晶体化学式为2Al₂Si₂O₅(OH)₈或2SiO₂•Al₂O₃•2H₂O，显然是一种含水铝硅酸盐。高岭石中的水是以—OH的形式存在，其晶体结构的特点是由—Si—O四面体层和—Al—(O，OH)八面体层连接而成。高岭石每个结构单元层的O与相邻结构单元层八面体层的—OH通过氢键相结合，使高岭土结构单元呈层状堆积。这种层间力由于是弱的氢键和范德华力，故高岭土形态主要呈板状，易于沿与层面平行的方向裂开，而被加工成超细粉。在自然界中高岭土以鳞片状存在，它能与许多极性分子如HC—ONH₂、CH₃CONH₂、(NH₂)₂CO等相互作用，产生高岭石(极性有机分子嵌合复合体)。有机分子进入层间域，并于结构层两表面与氢键相结合，其结果：1)使高岭土的结构单元层厚增大；2)改变了高岭土的表面性质(如亲水性等)，使高岭土的应用领域由此而拓宽^[2]。

二、高岭土的表面改性方法

对高岭土表面改性，主要是提高其白度、亮度、表面化学活性及与聚合物的相容性等。

目前主要方法有：

—煅烧是使高岭土脱水和挥发性物质的一种方法，其目的在于提高高岭土的白度、纯度，改变晶体结构、表面及加工性能等。煅烧后的高岭土具有白度高、密度小、吸油性增加、比表面积增大、遮盖性和耐磨性良好、绝缘性和热稳定性高等特点。

—偶联剂处理也是高岭土表面改性的一种方法，是利用偶联剂与高岭土表面活性基团间的相互作用而达到改变高岭土性质的。偶联剂处理高岭土主要方法：1)湿法处理。将高岭土粉浸入溶有偶联剂的溶液中，在一定温度下作用，然后使高岭土粉与溶剂分离，再将粉料进行干燥。与干法相比，湿法具有偶联剂与粉料混合均匀的优点，但也存在着加工工艺复杂、溶剂消耗大、成本高等缺点，目前该工艺已很少使用。用作高岭土表面处理的偶联剂种类很多，目前使用较多的有硅烷类、钛酸酯类、胺和脂肪酸表面活性剂类及铝钛复合型和锆类偶联剂等；2)干法处理。将高岭土微粉放入高速混合器中，在一定温度下搅拌、烘干，将溶有偶联剂的溶剂及助剂缓缓加入，经一定时间搅拌处理，可制成表面改性的高岭土填料。由于改性剂的用量很少，通常只是粉体的1%～5%，要使改性剂与粉体用干法处理混合包覆好，对设备和操作过程应充分注意，力求尽可能达到湿法的效果。

—包膜处理是利用有机物或无机物在高岭土微粉粒表面包膜而改进其使用性能的一种方法。该法简便、实用性强，对一些使用要求不高的高岭土产品常采用该法改性，如硬脂酸包膜高岭土粉作普通橡胶填料等。

—化学接枝处理是利用高岭土表面的活性—OH基在一定条件下能与其它物质形成化学键或被其它基团取代的原理，对高岭土表面进行处理的一种方法。经化学接枝处理的高岭土能极大地提高填料的性能，可根据需要选择合适的接枝体和不同的改性条件，达到不同的改性目的。在制造精细化、专用化产品方面，该方法具有较大的优势，是高岭土深加工的一个主要方面。

三、改性高岭土的应用

经改性后的高岭土，与有机高分子材料的交联性有了改善、分散性得到了提高、承受外界负荷的有效截面得到增加，使有机高分子材料制品的力学性能等得到增强，功能性大幅提高，所以改性高岭土的应用十分广泛。

（一）改性高岭土在涂料中的应用

高岭土作为填充料很早就用于乳胶涂料和油漆中，这是因为它具有化学惰性、好的流动性能、色白、价廉、晶体表面阳离子交换容量较大，经一定的处理可提高其分散性。适用的粒度范围很宽，如粗粒高岭土在无光或平光漆中使用；细粒高岭土在高光泽的油漆或乳胶液中使用。

涂料工业经常使用的高岭土有两大类：1)水洗超细高岭土；2)煅烧超细高岭土。煅烧高岭土是近年发展起来的一种新型功能型填料，作为涂料的填料不仅具有较高的白度和不透明性，能在高聚合物中提供较好的稳定性和色泽，而且有较好的遮盖力、软而耐磨，并有抗磨蚀、不收缩等特性^[3]。

高岭土作为白色填料，其本身并不具备遮盖力，但若以一定比例加入到白色涂料(油漆)中，则可起增亮剂的作用，使涂料的遮盖力有所提高。因此，在配方中能部分替代主颜料(如TiO₂BaSO₄•ZnS)，降低产品成本^[5]。

（二）改性高岭土在塑料中的应用

在塑料工业中，高岭土可代替重质CaCO₃作PVC、PP、聚酯、尼龙、酚醛树脂等塑料的填充料，用来生产塑料地板和水管等^[6]。以高岭土作塑料的填充料，能使塑料表面光滑，提高尺寸精度和耐化学腐蚀性等，尤其在生产高绝缘电缆塑料时作填充料，可提高其电阻率，这是其它无机矿物填料所无法比拟的。

在其它塑料制品中应用改性煅烧高岭土，可使其产品尺寸稳定性、抗冲击强度和变形温度等均有较大的提高，并可增加填加量，降低成本^[4]。

（三）改性高岭土在橡胶中的应用

在橡胶制品生产中，提高各种配合剂在胶料中的分散和交联程度，是确保制品胶料质地均一和制品性能优异的关键。对橡胶制品力学性能的影响主要是填料的结构、粒度、粒度分布、物理化学性质^[7]，如粒状无机填料在橡胶制品生产中有利于加工成型。但它可造成应力集中，导致制品力学性能降低。鳞片状的无机填料在填充加工过程中，矿物的定向排列将有助于制品的定伸、扯断等力学指标的提高。无机填料表面能的大小直接影响在胶料中的分散性。在填料经过合适的偶联剂和工艺改性后，起到降低表面能的作用，使之增强相互之间的交联性和分散性^[4～6]。

高岭土作为填料和补强剂，可提高橡胶制品的档次。这是因为在橡胶中掺入粉状高岭土后，形成有机高聚物(橡胶)—无机物(高岭土)复合材料，它能改善橡胶制品的物理化学性能，如可提高橡胶制品的力学强度、耐磨性、耐酸碱腐蚀性、稳定性以及改善胶料的加工性能(如包辊性、吃粉速度、压延压出等)。与此同时，可明显降低橡胶制品的成本，提高经济效益。但是作为橡胶补强剂的高岭土，其Mn的含量必须<0.007%～0.0045%，否则会加速橡胶的老化。此外，橡胶制品对高岭土的吸附性、酸碱性及粒度也有一定的要求^[7]。

四、结语

综上所述，高岭土的改性是一项应用广泛的精加工技术，随着研究开发的不断深入，市场的不断开拓，新技术、新产品将不断涌现，推陈出新。相信改性高岭土将有更多的品种、更好的使用性能与效果。

参考文献

[1]潘琳等1高岭土改性的作用与功能.《国外金属矿选矿》，1998(专刊):354～357.

[2]吴自强等.高岭土晶体结构、性质及在涂料工业中的应用.《中国涂料》，1995(6):45～16.

[3]Zhang，Yong. Effecto fsiliconeoi lonmechanicalpropertiesofhighly filledHDPEcomposites[J]. Polymerandpolymercomposits， 872000.45～46.

[4]CarpentierFabien(ENSCL)， ect. Rheologicalinvestigat ioninfireretar－dancy：Applicationtoethylene-vinyl –acetatecopolymer-magne-siumhydroxide/zincborateformulation[J].PolymerInternation-al， 9102000.55～56.

[5]李宝智1高岭土在聚乙烯农用薄膜中的应用研究[M].《非金属矿》，1999(4):23～24.

[6]李宝智.改性无机填料在橡胶制品中应用效果的研究[J].《中国非金属矿工业导刊》，2000(6):14～15.

[7]郑水林.粉体表面改性[M].建材工业出版社，1995:35～36.