硅烷偶联剂改性高岭土在复合材料中的应用探讨

燕飞

摘 要：硅烷偶联剂作为一种改性材料被广泛运用于复合材料领域。其具有以下特点：种类多，用量少，制作工艺简单等，并且该类偶联剂具有显著的功能性效果。经硅烷偶联剂改性过的高岭土作为一种填料深受復合材料领域的青睐。本文通过实验探究了偶联剂对高岭土的改性过程，将其作为功能性填料进行了相关的实验，发现改性后的高岭土具有增强、增韧、增塑的效果，可以很好的应用于工程塑料和橡胶等复合材料领域。

关键词：硅烷偶联剂;复合材料;高岭土

1 前言

随着复合材料领域的发展，人们对于复合材料物化性质的要求越来越高。复合材料的改性技术作为优化复合材料性质的技术手段发展迅猛。近几年，偶联剂是作为一种优良的改性试剂，在国内外应用广泛，并且具有良好的实用效果。尤其在非金属矿粉体填料的应用领域，偶联剂能够很好的对复合材料进行改性，具有较高的实用价值[1]。

高岭土作为一种优异的非金属填料，广泛的应用于工程塑料和橡胶方面等领域。如果不将高岭土进行改性，直接加入到橡胶或塑料等复合材料中，会破坏复合材料优异的物化性质[2]。这是因为橡胶、塑料基体和填料两相间应力对复合材料的微观力学性质进行了干扰，而这种传递产生在两相的界面上。复合材料性质是直接受到两相界面性质所影响的，界面的缺点会严重破坏复合材料的实用性。因此想要提高复合材料的强度，就要先从提高界面间的粘结强度开始。当我们直接将非金属矿粉作为添加剂进行填料，填料会和主物质界面之间产生较强的剪切力，因为填料与基体是属于两种完全不同性质的材料，它们两者之间有很大的不相容性，所以严重地影响了复合材料的性能，而偶联剂的发明正是为了处理该情况的发生。偶联剂分子具有一个明显的特点，即一端为亲有机物，另一端为亲无机物。正是由于该特点，它可以把两种不同性质的物质很好的连接在一起，为不同的性质的物质架起“分子桥”，因此偶联剂能够很好地增强复合材料的粘结强度和提高它的物理化学性能。

据了解，国内的改性产品和国外的改性产品相比还是具有一定差距的，由于条件限制我国每年都要从英国和美国花重金进口大量的改性高岭土，在数量和耗资方面值得我们深思。最早使用偶联剂改性高岭土的是英国的EEC公司，该公司所生产的改性高岭土具低吸湿性、低磨损性等优点。而美国的菲尔利公司研究的高岭土非常适用于梯度升温过程中控制高压力和耐水性等领域。目前，我国在改性高岭土方面的研究也取得了较好的成就，如兖矿北海高岭土产品备受用户青睐。

2 实验探究

2.1 试剂

兖矿北海高岭土G-1粉，龙岩煅烧高岭土、山西恒源煅烧高岭土、硅烷偶联剂KH-570、KH-571，煅烧窑，摩克立气流粉碎机，鑫华荣HZ-500高速混合机。

2.2 实验方法

①原料煅烧：原料选用兖矿北海高岭土G-1，G-2粉3t，通过高温煅烧后，保温5 h，得到相应的理化参数如下（%）：SiO2，52.63;Al2O3，41.35;SO3，0.01;Fe2O3，0.34;白度，94.8;pH = 4.9;-2μm，84.27;+325m，0.015;水分，0.15。

②粉碎过程：选用摩克立气流粉碎机作为粉碎设备，

③高岭土改性实验：高岭土改性实验在鑫华荣HZ-500高速混合机装置上进行。首先，将硅烷偶联剂KH-570、KH-571配成溶液，通过喷雾的方式将该溶液加入到1号和2号产品及煅烧后的高岭土中，进一步混匀，对产品的活化参数进行检测，1号为91%，2号为95%。将样品洗涤，然后观察其微观晶貌，结果表明晶体的棱角已经消失，通过改性实验可以发现后改性后的高岭土晶体被一层雾状物所包围，

这正是所用偶联剂为晶体之间架起“分子桥”，从而赋予了高岭土稳定的物化性质，使其明显优于其他改性的高岭土产品。

3 应用性能评价

我们将改性后的高岭土应用于尼龙-66工程塑料中，改性高岭土产品添加量为30 %（质量分数），通过与进口ECC高岭土产品以及改性硅灰石应用结果进行对比，我们可以发现经过改性高岭土具有明显优于其他产品的性质，在实际应用中的效果较好，满足工业应用的基本要求。

我们将改性后高岭土在PADM00材料中应用测试，添加量为50份。可以发现改性高岭土的性能与进口的改性土指标基本相似，表明高岭土经过改性后已经达到国际商业水平。

4 结论

在工业市场中商业级硅烷偶联剂种类繁多，并且效果理想，制备工艺简单。在该探究中，我们将硅烷偶联剂用于高岭土的改性，发现经过改性的高岭土是一种理想的填料，具有稳定的物化性能。为了检验其应用价值，我们将改性高岭土应用于塑料以及橡胶领域，并且取得了良好的实验效果。综上可知，硅烷偶联剂改性高岭土可以作为理想的功能性填料进一步的应用于PVC、PC、EPDM、EVA等材料领域。

参考文献：

[1]陈丽昆.偶联剂改性高岭土的应用研究[Z].苏州：中国高岭土公司，2001.

[2]包惠明，张亦敏，吕总威，傅涛，黄显顺.高岭土改性沥青混合料路用性能研究[J].新型建筑材料，2018，45（12）： 25-28.