文档介绍：煤系高岭土在橡胶、塑料等高分子材料中的应用
刘伯元1,李宝智2,刘钦甫3
,安微合肥 230022;
,内蒙古包头 014010;
,北京 100083
摘要:煤系高岭土是中国独特的高岭土资源,经过煅烧后的高岭土是一种独特的优质
原料。只有经过超细粉碎和表面改性等深加工技术处理才能成为橡、塑等高分子材料的填料。
本文中综述了10年来该产品在橡胶、塑料中应用的技术进展。
关键词:煤系高岭土;橡胶;塑料;填料

煤系高岭土主要由高岭石及炭质等组成,是我国北方石炭、二叠纪煤层伴生的高岭石矿,
也称为煤矸石。矿石呈灰色-黑色,块状结构,壳状断口,隐晶质结构,蠕虫状晶体,结晶
有序度高。这种高岭石与煤层具有一定的成因关系,~,且有的矿段
可出现数层,已成为我国的一种独特的高岭土资源,并在高岭土工业中占有后来居上,举足
轻重的地位。
煤系高岭土和其他来源的高岭土不同,成分单一且稳定。如山西大同产的煤系高岭土其
主要成分为:w(SiO2)>45% , w(Al2O3)>37% , w(Fe2O3-FeO)<% , w(TiO2)<% ,
w(CaO+MgO+K2O+Na2O)<%,其原矿化学组分均优于国内外其他高岭土矿,已近似单矿物高
岭石标准。由于原矿纯度高,煅烧后的硅、铝氧化物含量稳定,变化范围小,SiO2的质量分
%~%之间,%~%之间。经煅烧后白度可达
90%以上,最高可达95%,高于美国、英国的煅烧高岭土。
1 煤系高岭土的超细和煅烧加工
煤系高岭土经粉碎、超细粉碎及不同条件的煅烧除去了炭质,白度大大提高,可以得到
不同用途的煅烧高岭土。按煅烧条件的不同,可将煅烧土分为不完全煅烧和完全煅烧两大类,
前者煅烧温度为650~700℃,后者为不超过950℃。
高岭土煅烧会引起理化性质极大改变,这些性质是指导煅烧土深加工产品的关键。目前
煤系高岭土煅烧工艺和设备主要有两种:一种是采用静态或半动态煅烧工艺倒焰窑、隧道窑、
回转窑、立窑等;二是采用动态流化床煅烧工艺的畅氏-5型煅烧窑。这两种炉窑的产品,化
学纯度都很高。但二者的物相很不相同,动态流化床炉窑产品物相均匀,%以下的石英
外,其余全部为偏高岭石相,没有莫来石相(煅烧温度850℃)。而普通炉窑产品中莫来石相
高达20%,物相极不均匀。
高岭土的差热分析
在110℃时,排出吸附水,110~400℃时排出层间水,500~600℃时发生分解,从600℃
开始形成偏高岭石,930~1050℃时形成铝硅尖晶石,1300℃时,形成莫来石。
煅烧高岭石的特性
高岭土是1∶1型层状二八面体硅酸盐矿物,结构式为Al4Si4O10(OH)8,其晶体结构中的羟
基是主要的官能团和活性反应点。煅烧高岭土不管是不完全煅烧还是完全煅烧土,已经从层
状结构的高岭石变为无定形状结构的偏高岭石。两者理化性质发生了很大的变化。
(1) 层状晶体结构变为无定形状晶体结构,表面羟基消失,变成多孔膨松孔隙结构的粉
体;
(2) 由于水的脱去,表面官能团和活性点从羟基变为Si-O和Al-O键。
(3) 酸碱度变化,一般高岭土的pH值在6~7之间,~,表示为
酸度增加。
(4) 电性能变化。煅烧高岭土可以提高其绝缘性能,其中以低温煅烧(700℃)绝缘性能
提高幅度最大。
2 煅烧高岭土的表面改性
高岭土不仅可以用于陶瓷和造纸工业,煅烧高岭土的深加工产品还能广泛应用于塑料、
橡胶、纤维等有机高分子材料和复合材料以及涂料、胶粘剂等领域。据1980年统计,全世界
用于高分子材料的高岭土总量已超过300万t。但是不经过表面改性,很难在高分子材料中得
到应用。
煅烧高岭土的表面改性工艺
表面包覆
填料的表面包覆或称为表面涂覆,是常用的表面改性手段。能够改善无机填料在高分子
基材中的分散性,但对高分子材料和无机物之间的界面粘结帮助不大,对复合材料的韧性提
高帮助不大。处理剂可以是液体、溶剂、乳液和低熔点固体,常用的处理剂是硬脂酸、三甲
基丙烯酸甘油脂、三甲氧基丙烷三缩水甘油醚、低分子聚乙烯蜡等。典型的例子是以三甲基
丙烯酸甘油酯(),三甲氧基丙烷三缩水甘油醚()和乙撑二硬脂酰胺()为处
理剂对碳酸钙改性使用在PVC硬制品之中。值得指出的是四川大学高分子研究所两年来开发
的高碳醇式磷酸酯表面处理