滑石是一種常見的層狀硅酸鹽礦物,具有質軟、滑膩感等特點,可廣泛應用于造紙、塑料、橡膠、電纜、陶瓷、油漆、涂料、建材等工業領域?;圩鳛闊o機填料與有機高聚物分子材料之間在化學結構和物理形態上有著很大的差異,缺少親和性,使之滑石粉與聚合物之間混合不均勻、粘合力弱,導致制品的力學性能降低。為此,必須對滑石粉進行表面改性處理,
對礦物進行超細粉碎-表面改性處理,可大大簡化礦物加工的工序和流程,是目前非金屬礦物加工研究的熱點。
1、試驗內容
?。?)原料和試劑
滑石粉:粒徑0.025mm,河南南陽方城滑石;鈦酸酯偶聯劑HY13C。
?。?)試驗方法
稱取一定量的滑石在籃式研磨機內配成濃度為8.33%的礦漿,磨機轉速為1000r/min,超細粉碎3h后過濾、洗滌、烘干、研磨用;采用相同的方法,將5%的鈦酸酯偶聯劑添加到礦漿中進行超細粉碎-表面改性,過濾、洗滌、烘干、研磨。
?。?)性能測試
取一定量的滑石原料、滑石超細粉碎樣品、超細粉碎-表面改性的改性樣品,分別采用激光粒度儀進行粒度分布測定、活化指數測定、接觸角測定、熱分析和紅外光譜分析。
2、試驗結果討論
?。?)粒度分析
圖1 滑石的粒度分布
由上圖可知,滑石原料的d50為13.56μm,經超細粉碎處理后的d50為6.967μm,經鈦酸酯偶聯劑HY13C進行超細粉碎-表面改性后的d50為6.192μm,較改性之前粒度變小,這是因為往體系中加入鈦酸酯偶聯劑后,降低了界面的張力,根據Gibbs吸附定理,在界面上發生吸附而形成膜包顆粒,從而增大位阻斥力,使顆粒分散,從而提高磨礦效率,同時,改性后的滑石顆粒表面能增大,可作為填料使用。
?。?)活化指數分析
超細粉碎-表面改性后的改性滑石與改性前相比,活化指數從0提高到88%,活化指數得到顯著提高,這是由于鈦酸酯偶聯劑的疏水基團以化學鍵的方式與滑石表面的羥基結合,從而提高了滑石在水中的表面張力。
?。?)接觸角分析
圖2 滑石粉改性前后接觸角
如上圖所示,改性前后的滑石接觸角分別為43.5°和128.5°,改性后的接觸角明顯增大,表面活性大大提高,這是由于鈦酸酯偶聯劑滑石粒子表面發生偶聯,使滑石粒子由親水性變為疏水性。
(3)熱分析
圖3 滑石熱分析結果
由上圖(a)所示,未改性的滑石在517.3℃時開始失重,到868.2℃結束,期間出現一個明顯的吸熱峰,這主要是由于滑石內的白云石成分受熱分解所致,經TG分析,燒失量達23.72%。
由上圖(a)和圖(b)可知,滑石經超細粉碎-表面改性一體化處理后的熱失重曲線和超細粉碎后的熱失重曲線并不相同,改性滑石在223.5℃到556.6℃間出現失重,且出現一個持續的放熱峰,這是由于鈦酸酯偶聯劑的熔化和分解,失重含量約為3.45%,而在超細粉碎-表面改性試驗中,添加改性劑的含量為5%,改性劑的有效利用率達到了69%,由上圖(c)可知,超細粉碎-表面改性處理后的滑石產品經乙醇充分洗滌2次,第一次的失重和圖(b)相比幅度略小,主要失重約為2.64%,僅有0.81%的改性劑被乙醇洗滌掉,損失量較小,由此可見,鈦酸酯偶聯劑HY13C偶聯強度十分牢固,這主要受化學鍵合作用的影響。
?。?)紅外光譜分析
圖4 滑石紅外光譜圖
滑石超細粉碎(a)、超細粉碎-表面改性一體化處理(b)、改性后經乙醇充分洗滌2次烘干后(c)
滑石的結構單元層是上下兩層為彼此相對的硅-氧四面體,中間夾層為鎂-氧八面體。由a曲線可知,3673.2cm-1為O-H的伸縮振動吸收帶,1009.1cm-1為Si-O伸縮振動吸收帶,也是最強的吸收峰,667.0cm-1為O-H彎曲振動吸收帶,447.6cm-1為硅-氧的變形彎曲振動,這些波數均為滑石粉的主要特征基團,而1429.4cm-1為白云石中碳酸根的非對稱伸縮振動頻率,876.6cm-1和728.5cm-1為碳酸鈣的特征吸收峰,而碳酸鈣又是白云石的主要成分。
由b曲線和c曲線可知,在經改性后的滑石粉的紅外光譜圖上出現了明顯的偶聯劑特征峰,峰位置為2917.2cm-1為甲基不對稱伸縮振動吸收帶、2849.9cm-1為亞甲基對稱伸縮振動吸收帶,改性滑石粉經醇洗2次后的偶聯劑特征峰幾乎不變,這說明改性滑石粉表面經醇洗后偶聯劑分子仍然存在,且結合較牢固,這是因為鈦酸酯偶聯劑屬于單烷氧基型鈦酸酯,由于異丙氧基團與滑石粉表面的羥基會發生水解反應,形成偶聯。
3、結論
?。?)滑石超細粉碎后,d50為6.967μm,經鈦酸酯偶聯劑HY13C超細粉碎-表面改性后,d50下降為6.192μm。
?。?)經超細粉碎-表面改性一體化處理的滑石活化指數由0提高到88%,與有機物的相容性大大提高?;男院蟮慕佑|角由43.5°增大到128.5°,表面活性明顯得到提高。
?。?)由TG-DTA和紅外光譜綜合分析,鈦酸酯偶聯劑HY13C對滑石的改性是由于異丙氧基團的存在與滑石粉表面的羥基會發生水解綜合反應,形成偶聯,結合能力強。
(摘自:低品位滑石超細粉碎-表面改性一體化研究,作者:李鵬舉)
更多精彩!歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信(粉體技術網)
|