高岭土表面改性工艺和设备

高岭土粉体经过表面改性后，能达到疏水、降低表面能、改善其分散性和与高聚物基料的兼容性，以达到提高塑料、橡胶等高聚物基复合材料综合性能的目的。

1、高岭土表面改性工艺

高岭土的表面化学改性主要是采用预处理法，工艺方法一般有3种：湿法、半干法和干法。

（1）湿法工艺由于需要制浆、脱水和干燥等过程，工艺复杂，特别是脱水过滤，如果矿物颗粒粒径小于1250目，将极为困难和复杂。

（2）半干法改性工艺是在搅拌器中边搅拌粉体，边将适量的水、改性剂及其助剂的混合物加入，同时加热到一定温度，反应一定时间后即完成改性剂与矿物粉体的偶联作用。反应后的产物呈非常黏稠状态，再经稍微干燥即得改性产品。半干法工艺省去了脱水过程，因此生产效率较高。

由于在湿法和半干法工艺中加入了较多的水、偶联剂和助剂的混合物，再通过搅拌混合，粉体颗粒很容易全部与偶联剂分子接触，从而使改性剂分子容易均匀地包覆在颗粒表面。所以这两种工艺所需搅拌机的转速不要求很高，设备造价比较低。

（3）干法改性工艺是将偶联剂及其助剂用微量的稀释剂稀释后，在改性机中，边搅拌边将其加入，或利用喷雾的方法加入，同时加热到一定温度，反应一定时间后完成偶联作用，得到改性产品。干法改性工艺对技术和设备要求比较高。该工艺完全省去了脱水和干燥过程，改性工艺简单。

2、高岭土表面改性设备

目前，国内高岭土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、球磨机等对高岭土进行表面改性。

（1）高速捏合机改性

高速捏合机又名高速混合机，是目前国内高岭土改性的主流设备。一台用作高岭土改性的合格高速捏合机需关注以下几方面：

a）叶轮的数量、位置、半径以及形状，叶轮与混合机内壁的间隙；

b）搅拌速度是否可调；

c）是否有合适的排气装置；

d）是否有恒温装置。

这些性能都是影响高岭土改性效果的重要指标。

由于高速捏合机是一种间隙式改性设备，故会造成产品质量的参差不齐，降低生产效率。另外，改性过程中高岭土粉体的纳米效应与小尺寸效应会使表面改性剂与粉体颗粒在未充分接触、包覆或化学反应的情况下因表面能高以及高速运动的碰撞摩擦而产生静电，继而凝聚成为一个个“粉团”。这就是复合材料中所谓的“白点”。

（2）连续改性机改性

连续改性机具有产品质量较稳定、生产效率较高的优点，在国外使用较为成熟。目前，国内主要用在滑石粉、云母、碳酸钙等粉体的改性中。

由于高岭土的黏结性较大，螺旋输送时易造成堵料现象，分散效果不及使用高速捏合机，所以，国内使用连续改性机改性高岭土受到一定的限制，需进一步改进。

（3）高频振动研磨机表面改性

该研磨机依靠激振器使筒体内的介质产生高频率、小振幅的振动。由于振动加速度比重力加速度大得多，可使磨管内的介质产生高强度的冲击和旋转运动，且高岭土可以快速升温，能使物料在强力振动和一定的温度下快速有效地被打散混合。

该设备可将煅烧后高岭土的打散和表面改性一次完成。但由于机械力的强大冲击作用，会使部分本已包覆好的颗粒重新冲击出新的断面，从而影响最终改性效果。

（4）球磨机

湿法改性对设备的要求较低，现在最常用的设备是球磨机，其主要方法是将高岭土除沙后制成一定浓度的浆体，在加热条件下与改性剂混合，然后在球磨机中改性一定时间，离心液体，烘干沉淀物后粉碎。有研究发现湿法超细粉碎煤系煅烧高岭土颗粒，可以导致晶体结构发生晶格畸变和非晶化，会使颗粒密度降低，白度有所提高。