Quá trình biến tính cao lanh
Cao lanh, còn được gọi là đá sứ, là một loại đất sét và đá sét chiếm ưu thế bởi khoáng sét kaolinit. Nó thuộc về khoáng chất phi kim loại và là một tập hợp các chất aluminosilicat chứa nước bao gồm nhiều khoáng chất. Cao lanh nguyên chất có màu trắng, mịn, mềm và mềm, có độ dẻo tốt, chịu lửa và các tính chất lý hóa khác.
Các đơn vị cấu trúc của cao lanh được xếp thành từng lớp, chủ yếu ở dạng tấm, dễ nứt dọc theo phương song song với lớp, được chế biến thành bột siêu mịn. Kaolin tồn tại ở dạng vảy trong tự nhiên.
Vì cao lanh dễ bị kết tụ khi diện tích bề mặt riêng và năng lượng bề mặt quá cao, không thể phân tán đồng đều khi chứa đầy các vật liệu polyme hữu cơ như cao su và nhựa, điều này không có lợi cho việc nâng cao hiệu suất của sản phẩm. Do đó, cần có sự biến đổi bề mặt của cao lanh để giảm năng lượng bề mặt của nó. Sau khi biến đổi bề mặt, bột cao lanh có thể đạt được các hiệu ứng như kỵ nước, giảm năng lượng bề mặt, cải thiện độ phân tán và khả năng tương thích với các vật liệu composite gốc polyme.
Tính chất vật lý của cao lanh trước và sau khi biến tính
| Cao lanh | Thể tích lỗ chân lông/mL·g-1 | Diện tích bề mặt cụ thể/m2.g-1 |
| Nguyên liệu | 0.08 | 9 |
| Điều chỉnh axit | 0.30 | 111 |
| Điều chỉnh độ kiềm | 0.27 | 146 |
Sự biến tính bề mặt của cao lanh thường sử dụng các phương pháp biến tính hóa học bề mặt, do đó các chất biến tính được thêm vào.
| Các loại bổ ngữ | nguyên tắc |
| Một tác nhân ghép silan | Nó là chất điều chỉnh bề mặt được sử dụng phổ biến nhất và hiệu quả nhất cho chất độn cao lanh. Nói chung, bột cao lanh và chất kết hợp silan đã được định hình được thêm vào chất điều chỉnh để xử lý lớp phủ bề mặt. |
| Chất kết nối silan + dầu silicon | Ngoài chất kết nối silan, thêm 1-3% dầu silicon để sửa đổi bề mặt. Không những tính chất cơ lý của cáp được cải thiện mà tính cách điện và tính kỵ nước của cáp cũng được cải thiện hoặc nâng cao, khả năng cách điện trong môi trường ẩm ướt hoặc lạnh giá cũng được cải thiện đáng kể. |
| Axit hữu cơ không no | Cao lanh a-xít được xử lý bằng axit oxalic, axit sebacic, axit dicarboxyl, v.v. có thể được sử dụng làm chất độn cho nylon 66 và các loại tương tự. |
| Chất hoạt động bề mặt cation | Các nhóm phân cực của nó hoạt động trên bề mặt của các hạt cao lanh thông qua hấp phụ hóa học và hấp phụ vật lý để cải thiện tính kỵ nước trên bề mặt của cao lanh. |
| Chất điều chỉnh vô cơ | Sử dụng phản ứng kết tủa bề mặt của titan điôxít và bột cao lanh trong dung dịch nước, rửa, lọc và làm khô kết tủa có thể thu được cao lanh có phủ titan điôxít trên bề mặt. |
Quá trình biến tính bề mặt của cao lanh nói chung có ba phương pháp: phương pháp ướt, phương pháp khô và phương pháp bán khô.
- Bị ướt
Quá trình ướt đòi hỏi các quá trình nghiền bột, khử nước và sấy khô, và quá trình này phức tạp hơn, đặc biệt là lọc khử nước. Nếu kích thước hạt nhỏ hơn 1250 mesh thì sẽ vô cùng khó khăn và phức tạp.
- Phương pháp khô
Quá trình biến tính khô đòi hỏi công nghệ và thiết bị tương đối cao. Quá trình loại bỏ hoàn toàn liên kết khử nước và làm khô, và quá trình này rất đơn giản.
- Nửa khô nửa ướt
Trong khi khuấy bột trong máy trộn, cho một lượng nước và phụ gia thích hợp vào trộn đều. Quá trình này bỏ qua quá trình khử nước và có hiệu quả sản xuất cao hơn.
Các phương pháp điều chế cao lanh thường được sử dụng
| Phương pháp | Nguyên tắc |
| Sửa đổi calcined | Quá trình nung cao lanh loại bỏ nước cấu trúc, nước tinh thể, cacbon và các chất dễ bay hơi khác, và trở thành metakaolinit. Cao lanh nung có các đặc điểm là độ trắng cao, khối lượng riêng nhỏ, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ rỗng lớn, hấp thụ dầu tốt, bao phủ và chống mài mòn, cách nhiệt và ổn định nhiệt cao. |
| Sửa đổi tác nhân khớp nối | Nó phù hợp với hệ thống vật liệu composite của các polyme hữu cơ và chất độn vô cơ khác nhau. Bề mặt của cao lanh có thể tương tác với chất kết nối, và khả năng tương thích của cao lanh được biến tính bởi chất kết nối với pha hữu cơ được cải thiện. |
| Biến đổi polyme hữu cơ | Sử dụng chất hoạt động bề mặt biến tính, chất phân tách polyme, chất phân tán phân tử nhỏ hữu cơ, vv có thể được hấp phụ trên bề mặt cao lanh, do đó làm thay đổi trạng thái tích điện của bề mặt cao lanh. |
| Sửa đổi lớp phủ bề mặt | Thông qua hấp phụ vật lý hoặc hấp phụ hóa học, một chất hữu cơ hoặc vô cơ được phủ trên bề mặt của cao lanh để đạt được hiệu ứng biến đổi bề mặt. |
| Sửa đổi xen kẽ | Điều chỉnh xen kẽ là xen kẽ các phân tử phân cực nhỏ giữa các lớp cao lanh để tăng khoảng cách giữa các lớp và thay đổi tính ưa nước giữa các lớp thành vật liệu composite cao lanh ưa béo. |
- Sửa đổi calcined
| Nhiệt độ | Đặc trưng | Ứng dụng |
| Nhiệt độ nung thấp (600 ℃ -1000 ℃) | Sản phẩm cao lanh của nó có hoạt tính cao | Nó được sử dụng để tổng hợp rây phân tử, công nghiệp hóa muối nhôm, vật liệu chức năng nhựa và cao su. |
| Nung ở nhiệt độ trung bình (1000 ℃ -1200 ℃) | Sản phẩm cao lanh của nó có độ trắng cao và độ mờ tốt | Được sử dụng trong ngành sản xuất giấy và sơn phủ để thay thế titanium dioxide làm chất màu cấu trúc. |
| Nhiệt độ nung cao (trên 1200 ℃) | Được sử dụng trong sản xuất cát đúc hạt mullite, vật liệu chịu lửa cao cấp và đồ gốm đặc biệt, v.v. |
Trong quá trình biến tính nung, phản ứng được thực hiện ở một nhiệt độ nhất định, và mức độ hoạt hóa bề mặt là khác nhau đối với các thời gian phản ứng khác nhau.
| Thời gian | 1 phút | 2 phút | 3 phút | 5 phút |
| Mức độ kích hoạt | 83.6 | 90.2 | 95.8 | 98.6 |
- Sửa đổi lớp phủ bề mặt
Thông qua lớp phủ bề mặt, sự ổn định của cấu trúc vật liệu có thể được tăng cường, hoạt tính của chất xúc tác có thể được tăng lên, có thể ngăn chặn sự kết tụ của bột, và có thể cải thiện các đặc tính phân tán và tính lưu động của bột.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc thay đổi lớp phủ bề mặt như sau:
Các tính chất của cao lanh: Diện tích bề mặt riêng của cao lanh quyết định lượng biến tính bề mặt. Diện tích bề mặt cụ thể càng lớn thì liều lượng càng nhiều.
Tính chất của chất điều chỉnh: Từ góc độ phân tán, sự hấp phụ của các chất không ion trên bề mặt cao lanh là tương đối lớn, nhưng hiệu quả không lý tưởng; mặc dù sự hấp phụ của các chất mang điện tích âm không nhiều nhưng độ phân tán tốt.
Điều kiện phản ứng: Ở các nhiệt độ và giá trị pH khác nhau, lượng hấp phụ của các ion phủ trên bề mặt bột là khác nhau, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến kết quả của quá trình biến tính bề mặt.
- Sửa đổi xen kẽ
Phương pháp xen phủ cao lanh bao gồm phương pháp hóa cơ, phương pháp xen vi sóng, phương pháp xen lỏng và phương pháp xen siêu âm.
Vật liệu nano xen kẽ cao lanh có tính dẻo, độ trắng, dễ phân tán và hấp phụ tốt hơn, và có thể cung cấp cho vật liệu các tính chất quang học, điện và từ, đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng của đất sét cao lanh. Phương pháp xen kẽ hiện là công nghệ có triển vọng và hiệu quả nhất để điều chế cao lanh nano. Các chất phụ gia hóa học thường được sử dụng bao gồm: kali axetat, dimetyl sulfoxit, urê, formamit, hydrazin hydrat và các chất mở rộng của nó, v.v.
Bản thân cao lanh là một khoáng chất phi kim loại rất linh hoạt và quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong hơn một chục ngành công nghiệp như dầu khí, chất dẻo, chất phủ, vật liệu chịu lửa, gốm sứ và sản xuất giấy.
- Ứng dụng của Kaolin biến tính trong lớp phủ
Cao lanh được thêm vào sơn hoặc sơn trắng với một lượng thích hợp để tăng độ bóng và cải thiện khả năng che phủ của nó.
- Ứng dụng của cao lanh biến tính trong nhựa
Việc ứng dụng cao lanh nung biến tính trong các sản phẩm nhựa có thể làm cho bề mặt nhẵn, cải thiện độ chính xác về kích thước, nhiệt độ biến dạng, độ bền va đập, khả năng chống hóa chất, v.v., đồng thời tăng khối lượng điền đầy và giảm giá thành.
- Ứng dụng của cao lanh biến tính trong cao su
Việc bổ sung bột cao lanh biến tính vào cao su có thể cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của sản phẩm, giảm đáng kể chi phí, nâng cao cấp sản phẩm và tăng lợi ích kinh tế.
Nguồn bài viết: China Powder Network