硅灰石是一種鈣的偏硅酸鹽礦物，具有針狀結(jié)構(gòu)習(xí)性，長(zhǎng)徑比高，各向異性強(qiáng)，作為填料時(shí)對(duì)基體的補(bǔ)強(qiáng)性好，廣泛用于陶瓷、涂料和橡塑等領(lǐng)域。天然硅灰石顆粒表面具有類似石英表面的親水特性，將其作為橡塑制品填料時(shí)，往往分散效果差，難以與有機(jī)基體實(shí)現(xiàn)在界面的良好結(jié)合，使得其填充制品的力學(xué)性能不能得到很好發(fā)揮。因此，需要硅灰石進(jìn)行疏水改性，改變其表面潤(rùn)濕性，進(jìn)而提高其在有機(jī)基體中的分散性和界面相容性。下面賢集網(wǎng)小編通過實(shí)驗(yàn)來講解硬質(zhì)酸鈉改性硅灰石受哪些因素影響。

硅灰石粉體表面改性以化學(xué)方法為主，常用的表面改性劑有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯和鋁酸酯偶聯(lián)劑、表面活性劑及甲基丙烯酸甲脂等。

硬質(zhì)酸鈉改性硅灰石

（1）試劑材料

硅灰石樣品：吉林某地硅灰石粉，粒徑d50為20.42μm，白度為88.44%，吸油量15.37g/100g。

其他原料：硬脂酸鈉等。

（2）改性工藝

以硬脂酸鈉為改性劑，采用濕法方式對(duì)硅灰石粉體進(jìn)行表面有機(jī)改性：硅灰石加水配制成懸浮液→加入硬脂酸鈉溶液→加熱→攪拌→過濾→干燥表征（測(cè)量接觸角、活化指數(shù)、分散指數(shù)、顯微圖像）→分散機(jī)理分析。

（3）硅灰石改性效果和分散行為表征

硅灰石改性效果通過改性產(chǎn)物的活化指數(shù)、接觸角和改性硅灰石在煤油中的分散穩(wěn)定性指數(shù)和顯微圖像進(jìn)行表征。

活化指數(shù)是指將改性粉體置于水中攪拌后，漂浮在水氣界面的粉體占總量的百分?jǐn)?shù)。顆粒表面疏水性越強(qiáng)，其潤(rùn)濕周邊的載著力就越大，漂浮的趨勢(shì)也就越大，因而測(cè)定粉體在水面上漂浮量的多少便可直觀反映改性效果。稱取樣品1.00g置于盛有200mL水的分液漏斗中，振蕩、靜置，待分層后放出底部沉降部分干燥、稱量，并計(jì)算活化指數(shù)H=[（總質(zhì)量-沉降部分質(zhì)量）/總質(zhì)量]×100%。

接觸角是指氣、液、固3相交界處的氣-液界面和固-液界面之間（包含液體）的夾角，可定量反映固體表面被液體潤(rùn)濕程度，進(jìn)而評(píng)判改性效果。測(cè)量時(shí)先將樣品壓制成具有平整表面的固體片，再使用潤(rùn)濕角測(cè)量?jī)x對(duì)固體片進(jìn)行測(cè)量。

分散穩(wěn)定性指數(shù)（X）是指粉體在介質(zhì)中沉降一段時(shí)間后，沉降區(qū)上部懸浮液（稀釋）吸光度與下部懸浮液吸光度（分別為B和A）的比值，X越大，說明分散性越好。采用紫外可見分光光度計(jì)分別測(cè)量B和A，并計(jì)算X=（B/A）×100%。同時(shí)，在沉降開始取懸浮液樣品用BT-1600百特顆粒圖像分布儀進(jìn)行顯微鏡圖像觀察。

結(jié)果與討論

（1）改性工藝對(duì)硅灰石改性效果的影響

考察硅灰石料漿濃度（料漿中固體顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、改性溫度、改性時(shí)間和硬脂酸鈉用量等工藝因素對(duì)硅灰石活化指數(shù)（H）和在煤油中的分散穩(wěn)定性指數(shù)（X）的影響。

改性工藝對(duì)硅灰石活化指數(shù)（H）和分散穩(wěn)定性指數(shù)（X）的影響

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

改性前硅灰石H值為0，經(jīng)硬脂酸鈉改性后H值最高可增加至95%，說明改性已使顆粒表面由親水性向疏水性轉(zhuǎn)變。

硅灰石改性前X為0，改性后增加至約40%，改性后硅灰石表面強(qiáng)烈疏水，從而與有機(jī)非極性介質(zhì)性質(zhì)相近。

通過改變改性工藝可顯著改變硅灰石產(chǎn)物的H與X值，從而調(diào)控硅灰石表面疏水化程度。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)化條件為：硬脂酸鈉用量質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、改性溫度50℃、改性時(shí)間30min、料漿濃度10%；最佳改性指標(biāo)為：活化指數(shù)H=95%，分散穩(wěn)定性指數(shù)X=38.70%。

（2）改性硅灰石顆粒在溶劑中的潤(rùn)濕接觸角

從上表可以看出：

改性硅灰石被水潤(rùn)濕接觸角為69.33°，與改性前10.83°相比顯著增大，這說明硅灰石有機(jī)改性導(dǎo)致表面疏水化的效果良好。

采用硅烷偶聯(lián)劑改性硅灰石，可大大改善其與聚合物的相容性，增強(qiáng)填充效果，但硅烷偶聯(lián)劑改性生產(chǎn)成本較高。采用硬脂酸鈉（表面活性劑）對(duì)硅灰石粉進(jìn)行表面改性處理，可通過極性基團(tuán)與硅灰石顆粒表面的作用，覆蓋于顆粒表面，可大大增強(qiáng)硅灰石填料的親油性。