滑石粉化學(xué)結(jié)構(gòu)

摘要：滑石粉是一種重要的無機(jī)填結(jié)了滑石粉在涂料、塑料、造紙等行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)，總結(jié)了滑石粉的主要表面改性方法，較終展望了滑石粉的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞:滑石粉；涂料；應(yīng)用；改性；

推薦閱讀：聚合物填料簡介：

滑石粉是由31.氧化鎂7%、63%的天然單斜晶水合硅酸鹽，是一種白色柔軟的疏水物質(zhì).5%二氧化硅，4.由8%的水組成，分子式為3Mg0.4Si02.H20?；弁ǔＪ侵旅艿膲K狀、葉狀、放射狀和纖維狀 體型存在，外觀無色透明或白色，但由于雜質(zhì)少，呈淺綠色、淺黃色、淺棕色甚至淺紅色?；蹚V泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、造紙、涂料等行業(yè)，具有潤滑溫度等優(yōu)良的物理化學(xué)特性，廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、造紙、涂料等行業(yè)。目前，我國滑石粉年產(chǎn)量約245萬噸，主要產(chǎn)于遼、魯、桂等省區(qū)。一般來說，我國低檔滑石供過于求，但高檔白滑石原料的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)低于國內(nèi)外市場，因此高檔滑石供應(yīng)存在長期缺口。因此，擴(kuò)大中低檔產(chǎn)品的深加工，開發(fā)高附加值產(chǎn)品，將是我國滑石行業(yè)未來需要解決的關(guān)鍵問題。本文總結(jié)了滑石粉的應(yīng)用特點(diǎn)和改性進(jìn)展，進(jìn)一步展望了滑石粉的應(yīng)用前景。

滑石粉的應(yīng)用特點(diǎn)

1.11滑石粉在涂料中的應(yīng)用

滑石粉懸浮性好，易分散，腐蝕性低。在涂料中，滑石粉作為填料可以起到骨架作用，減少 同時(shí)增加漆膜的硬度。還具有提高產(chǎn)品形狀穩(wěn)定性、增加張力強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、壓力強(qiáng)度、降低變形、伸長率、熱膨脹系數(shù)、高白度、粒度均勻分散等特點(diǎn)。滑石粉具有片狀顆粒結(jié)構(gòu)，可提高涂層的耐水性和瓷漆的不滲透性。滑石粉具有纖維顆粒結(jié)構(gòu)，能很好地提高涂層的流變性和流平性。

滑石粉主要用于底漆和中間漆，滑石粉主要用于許多產(chǎn)品、閃光底漆和運(yùn)輸工具。滑石粉可用于鋼結(jié)構(gòu)底漆的全部或部分，以提高涂層的沉淀、機(jī)械力和再涂層。針對(duì)超細(xì)滑石粉的一些固有物理化學(xué)特性，唐植賢等[1]闡述了超細(xì)滑石粉在溶劑木涂料、水基涂料等不同涂料中的應(yīng)用及其涂層特性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滑石粉在某些情況下具有特殊效果，特別是在拋光錯(cuò)誤、無刺繡鋼等光滑、附著困難的表面，可提高涂層的附著力和耐溶劑性；超細(xì)滑石粉用于水基乳膠涂層，具有良好的刷、光滑、光滑、抗沖擊性和柔軟性，可有效提高涂層的耐腐蝕性和干燥性[2]；由于滑石粉硬度低，涂層性能，有助于提高涂層的填充性，防止涂層開裂。羅發(fā)等[3]以滑石粉為主要填料，以環(huán)氧改性有機(jī)桂樹脂為基礎(chǔ)，制備了環(huán)氧有機(jī)硅耐高溫涂料，討論了滑石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)有機(jī)硅涂料耐熱性、附著力和沖擊強(qiáng)度的影響，討論了影響機(jī)制。結(jié)果表明，隨著滑石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，涂層的耐高溫性和力學(xué)性能先增強(qiáng)后減弱，較好為35%；涂層可承受600、700和800°C室溫沖擊強(qiáng)度為5J; 600°C高溫處理后的附著力為9MPa增大至32.8MPa。這是因?yàn)榛叟c環(huán)氧硅樹脂官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成具有一定附著力和保護(hù)性的硅氧鍵[4、5]，使涂層繼續(xù)承受一定的熱負(fù)荷，增加高溫附著力。

中國是聚氨酯（PU)隨著生活水平的提高，革命生產(chǎn)大國是正確的PU無機(jī)’7]是提高機(jī)械性能的有效途徑之一。[8選用滑石粉作為聚氨酯（PU)通過增強(qiáng)填充顆粒SEM、FTIR對(duì)填料的形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行了分析和研究。研究表明，滑石粉中的滑石粉-〇H可與PU中的-NCO化學(xué)反應(yīng)；PU當(dāng)滑石粉添加量為2%時(shí)，膜的拉伸強(qiáng)度達(dá)到峰值。隨著顆粒添加量的增加，拉伸模量首先增加，然后下降。這是因?yàn)榛劬哂刑厥獾膶訝罱Y(jié)構(gòu)和較大的徑厚比。當(dāng)含量較小時(shí)，能有效防止應(yīng)力PU裂紋的擴(kuò)展起著應(yīng)力集中點(diǎn)的作用，提高了拉伸強(qiáng)度。然而，隨著含量的增加，粒子在基體中分散性差，導(dǎo)致團(tuán)聚，降低材料的拉伸強(qiáng)度。陳亞東等[9]研究了改性超細(xì)滑石粉對(duì)聚氨酯彈性體性能的影響。結(jié)果表明，硅烷偶聯(lián)劑的使用KH-550改性滑石粉可顯著提高彈性材料的耐油性和耐水性，降低產(chǎn)品成型收縮率和吸水率，提高尺寸穩(wěn)定性，顯著提高聚氨酯彈性材料的綜合性能。張新岐等[10]考察了不同細(xì)度滑石粉對(duì)硅酸鹽涂料成膜的影響。研究表明，隨著超細(xì)滑石粉細(xì)度的增加，涂層增加而增加?；墼奖。┞对趩挝惑w積內(nèi)的活性氧和活性氧處于同一水平OH-也越來越多，在玻璃成膜的過程中，很可能是Si-四面體活性氧和OH-由于滑石粉參與成膜，大大提高了鉀水玻璃的成膜性能，提高了涂層的整體性能、附著力、耐熱性、成膜溫度和涂層致密性。

1.2滑石粉在塑料中的應(yīng)用

無機(jī)填料在塑料改性中起著重要作用，成為不可缺少的改性添加劑?；凼撬芰现杏行У脑鰪?qiáng)材料，在室溫和高溫下具有較高的剛度、抗蠕變性和良好的固體光澤。添加滑石粉可以改變塑料的各種性能，如成型收縮率、表面硬度、彎曲模量、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、熱變形溫度、成型工藝和產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性。在聚乙烯和聚丙烯塑料中加入滑石粉可有效提高產(chǎn)品的表面硬度和抗劃痕性[11]。眾所周知，滑石粉的價(jià)格是塑料的10%。因此，在塑料中使用滑石粉不僅可以提高性能，還可以有效降低材料成本和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

調(diào)查滑石粉對(duì)聚酰胺66/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇醋（PA66/PET)影響金微相形態(tài)、機(jī)械性能、耐熱性和結(jié)晶行為及其作用機(jī)制。結(jié)果表明，在適當(dāng)?shù)臈l件下，添加5%滑石粉10%，PA66/PET合金的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能和耐熱性能將顯著提高，這可能與其分層相匹配PA66基體及其對(duì)PA66/PET增強(qiáng)微相界面；PET分散相粒子的平均粒徑及其粒徑分布降低，提高了共混系統(tǒng)的混溶性。但如果滑石粉添加量過大，由于滑石粉的團(tuán)聚，材料性能會(huì)大大降低。塑料中的聚丙烯樹脂（PP)是滑石粉應(yīng)用的主要對(duì)象。楊華明[13]用濕法加工超細(xì)滑石粉，通過表面改性填充活性滑石粉PP塑料能顯著提高材料的剛度和耐熱性，達(dá)到國內(nèi)外汽車的性能PP材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。陳振耀等[14]在聚丙烯系統(tǒng)中填充滑石粉，采用鈦酸酯偶聯(lián)劑和氯化石蠟進(jìn)行表面處理，系統(tǒng)討論了不同比例填充系統(tǒng)的性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，改性滑石粉能提高流動(dòng)性和成型性。添加適量滑石粉可獲得流動(dòng)性好、尺寸穩(wěn)定、拉伸強(qiáng)度高、性能好的滑石粉填充聚丙烯，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

VelasC(^不同量的滑石粉[15]（(MOwt%)填充聚丙烯（PP)用硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉，以提高滑石粉與聚丙烯的相容性。結(jié)果表明，滑石粉的添加量和表面改性PP對(duì)材料結(jié)晶行為的影響顯著。結(jié)晶溫度隨著添加量的增加而增加；熔化溫度幾乎不受這些因素的影響；滑石粉PP隨著改性硅烷偶聯(lián)劑量的增加，中成核活性增強(qiáng)；少量未改性或改性滑石粉PP初始結(jié)晶的穩(wěn)定性不會(huì)受到影響。從提高聚丙烯的強(qiáng)度和初始性開始，徐云升等[16]在某些應(yīng)用領(lǐng)域取代了改性聚丙烯ABS工程塑料。該方法是將聚丙烯同偶聯(lián)劑處理的滑石粉與橡膠混合。結(jié)果表明，當(dāng)用滑石粉填充聚丙烯時(shí)，當(dāng)滑石粉含量低于20%時(shí)，二元共混材料的拉伸強(qiáng)度高于純度PP當(dāng)強(qiáng)度為5%時(shí)，拉伸強(qiáng)度較高；試驗(yàn)中使用的偶聯(lián)劑顯著提高了共混系統(tǒng)的流動(dòng)性；當(dāng)PP:滑石粉：EPT70: 20: 10:00，共混物性能較好，可與一般混合ABS相比。

1.33滑石粉在造紙中的應(yīng)用

滑石粉具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)、柔軟性和疏水性，在造紙行業(yè)具有顯著的優(yōu)勢[17_19]:

(1)有助于提高填料保留率，提高紙張的不透明度、光滑度和印刷適性，使紙張具有較高的吸墨性；

(2)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不僅適用于酸性抄紙，也適用于中性碳酸鈣抄紙；

（3）其表面具有疏水性（親油性），有機(jī)物易吸附在其層表面，添加滑石粉，減少染料消耗，有效節(jié)約成本，可用作樹脂、粘合劑抑制劑和廢紙脫墨劑；

(4)可與涂膠劑結(jié)合，改善涂膠劑的保留，減少紙頁的吸收，防止印刷油墨滲入紙頁；

(5)滑石粉摩擦因數(shù)低，能使涂層表面光滑，減少涂層斷裂，降低印刷壓力等；

(6)滑石粉作為一種形態(tài)較高的涂料顏料，具有優(yōu)異的纖維覆蓋能力和良好的印刷效果，能提高凹版印刷質(zhì)量；

(7)滑石粉具有特殊的潤滑性，其涂布紙可在壓光機(jī)上獲得較高的裝飾性，減少了涂料中潤滑劑的使用。

楊德清等[20]利用超細(xì)滑石粉吸收疏水有機(jī)物AKD用于紙涂膠的滑石粉疏水改性，結(jié)果表明，在相同的加填量下，AKD與滑石粉質(zhì)量相比，紙張的涂膠度越高，AKD吸附在滑石粉上并沒有減少AKD紙張抗張強(qiáng)度顯著提高。當(dāng)溫度為60°C，攪拌速度8000r/min,攪拌時(shí)間5min, pH為6時(shí)，AKD改性滑石粉的較佳條件。袁成強(qiáng)等P1]滑石粉用鄰苯二甲酸酐和尿素化學(xué)改性后，用作紙內(nèi)膠。由于滑石粉具有化學(xué)惰性，這種改性可以改變天然滑石粉的特性，并研究機(jī)械和光學(xué)性能。結(jié)果表明，改性滑石粉形成兩性聚合物。作為紙張的內(nèi)涂膠劑，其物理性能和涂膠性能高于添加天然滑石粉的紙張。添加松香膠和滑石粉可以減少手抄片的斷裂長度，從而提高手抄片的力學(xué)性能和光學(xué)性能。孫麗紅等[22]用不同淀粉激活滑石粉表面，研究滑石粉填充新聞紙的力學(xué)性能和光學(xué)性能，掃描電鏡填充紙，探討了激活滑石粉填充新聞紙的增強(qiáng)機(jī)制。結(jié)果表明，淀粉凝膠活化滑石粉滑石粉相比，淀粉凝膠活化滑石粉能顯著提高紙張的抗張強(qiáng)度和撕裂性；增加滑石粉的添加量可以提高紙張的白度和不透明度；不同淀粉凝膠活化滑石粉的物理強(qiáng)度和光學(xué)性能沒有明顯差異，但原淀粉價(jià)格低，應(yīng)用前景好。

1.4滑石粉在其他行業(yè)的應(yīng)用

滑石粉常用作潤滑輔料，如爽身粉、美容粉等化妝品，因其手感細(xì)膩，價(jià)格低廉。此外，它是藥物制劑的常用輔料，廣泛應(yīng)用于糖衣片的包衣和外用撲粉，也廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥食品等領(lǐng)域?；郾旧硎菬o害的。在生產(chǎn)過程中，其純度主要取決于礦源的質(zhì)量，而滑石粉礦往往有不定量的石棉伴生礦。石棉被認(rèn)為是一種強(qiáng)致癌物。因此，當(dāng)滑石粉應(yīng)用于化妝品、制藥等行業(yè)時(shí)，石棉的檢測非常重要。

滑石粉表面改性

2.1滑石粉改性的必要性

滑石粉廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，作為無機(jī)填料，可提高產(chǎn)品的剛度、強(qiáng)度、硬度和潤滑性。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和需求，滑石粉的性能要求越來越高，尤其是超細(xì)滑石粉，在國內(nèi)外市場需求量很大。與其它非金屬礦物粉一樣，滑石粉表面有機(jī)化。這是因?yàn)榛郾砻婧杏H水基團(tuán)，表面能量高。無機(jī)填料和有機(jī)聚合物分子材料在化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理形態(tài)上存在很大差異，缺乏親和力?；垲w粒石粉與聚合物的界面結(jié)合力，提高滑石粉顆粒與聚合物的均勻分散和相容性，需要對(duì)滑石粉顆粒進(jìn)行表面處理。另外，涂料中使用超細(xì)滑石粉。由于其表面積大，所需的濕分散體越多，不易分散，從而影響涂層的性能。目前，許多制造商沒有或只對(duì)乳膠漆中吸油率高的滑石粉進(jìn)行簡單的表面處理，因此其應(yīng)用受到極大限制?；鄹男詸C(jī)制是利用一些帶有兩性基團(tuán)的小分子或聚合物化合物對(duì)復(fù)合材料中的一種或兩種進(jìn)行表面改性，使其表面由疏水變?yōu)橛H水，從而更好地結(jié)合兩種材料。

2.2滑石粉改性方法

2.2.1表面覆蓋改性法

表面覆蓋改性法是在顆粒表面覆蓋表面活性劑或偶聯(lián)劑，使表面活性劑或偶聯(lián)劑以吸附或化學(xué)鍵的形式與顆粒表面結(jié)合，使顆粒表面由親水變?yōu)槭杷x予顆粒新的性質(zhì)，提高顆粒與聚合物的相容性。該方法是目前較常用的方法。大致可以理解為：鑒于滑石粉與聚合物親和力低的缺點(diǎn)，顆粒上覆蓋有兩性基團(tuán)的表面活性劑，親水基團(tuán)面向顆粒表面，親油基團(tuán)面向外部，與聚合物相容性好，達(dá)到改性目的，擴(kuò)大滑石粉的應(yīng)用范圍。

Liu為了提高滑石粉的分散性和與聚丙烯的親和力，用一系列磷酸酯偶聯(lián)劑對(duì)滑石粉進(jìn)行表面處理，研究了偶聯(lián)劑與材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的關(guān)系，旨在提高復(fù)合材料的機(jī)械性能。

通過近紅外漫發(fā)射光譜分析，當(dāng)滑石粉表面覆蓋約6%的磷酸酯時(shí)，達(dá)到飽和度；隨著磷酸酯添加量的增加，復(fù)合材料的結(jié)晶程度先增加到減少；改性滑石粉的分散性顯著提高；當(dāng)磷酸酯為0.5%時(shí)，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度顯著提高，但彎曲模量顯著降低。Ramos等[25]用硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉，填充低密度聚乙烯和聚丙烯混合物，優(yōu)化復(fù)合材料的性能。結(jié)果表明，硅烷偶聯(lián)劑改性滑石粉能顯著提高基體的力學(xué)性能；隨著滑石粉量和聚丙烯量的增加，材料的彎曲性能得到提高；當(dāng)基體中的聚丙烯含量為50%時(shí)，抗張強(qiáng)度基本不受填料含量的影響。

2.2.2機(jī)械化學(xué)法

此法是通過粉碎、摩擦等方法將比較大的粒子變得較小，使粒子的表面活性變大，即增強(qiáng)其表面吸附能力，簡化工藝的同時(shí)還可以降低成本，同時(shí)更易控制產(chǎn)品的質(zhì)量。超細(xì)粉碎是物料深加工的重要手段，其主要目的是為現(xiàn)代工業(yè)提供高性能的粉體產(chǎn)品。此過程不是簡單的物料粒度減小，它包含了許多復(fù)雜的粉體物質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的變化-機(jī)械化學(xué)變化。

楊華明等[26]研宄了滑石粉超細(xì)粉碎過程中物理化學(xué)性質(zhì)的變化，討論了物理化學(xué)性質(zhì)變化的相關(guān)機(jī)理。研宄表明：滑石粉經(jīng)攪拌磨超細(xì)粉碎后，表面活性增強(qiáng)，熱效應(yīng)改善，白度提高，粉體性質(zhì)變化與超細(xì)粉碎過程的熱力學(xué)特性密切相關(guān)。葉菁等[27]采用異丙基鈦酸酯（NDZ-201)對(duì)滑石進(jìn)行改性氣流粉碎，通過濁度、水滲透性、接觸角的及紅外光譜分析，改性氣流粉碎不僅對(duì)滑石的改性粉碎作用明顯，還可平衡顆粒表面的不飽和成鍵力，使粉體粉碎良好，改性劑的助磨效果還可提高超細(xì)粉碎效率。

2.2.3外膜層改性法

外膜層改性是在粒子表面均勻地包覆一層聚合物，從而賦予粒子表面新的性質(zhì)。

左建華[28,29]用1〇1 (甲苯二異氰酸酯）、HPA對(duì)無機(jī)粒子滑石粉進(jìn)行表面處理后，經(jīng)MMA (甲基丙烯酸甲酯）表面接枝聚合而構(gòu)成高分子化的復(fù)合粒子。研究了構(gòu)成復(fù)合粒子的主要參數(shù)，以及與PVC混配后PVC材料的力學(xué)性能影響。結(jié)果顯示，經(jīng)過改性后的滑石粉加入復(fù)合粒子中，復(fù)合粒子拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度均明顯增強(qiáng)。他又將經(jīng)TDI和HPA修飾過后的滑石粉分別接枝包覆PMMA和PMMA-CoPBA層，構(gòu)成復(fù)合粒子。通過FTIR、DSC等分析檢測確定了它們的形態(tài)結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)的滑石粉粒子填充物相比，包覆后的滑石粉填充高分子材料后，其較大拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度均明顯提高，提高率分別達(dá)到136%和162%,可作為新型強(qiáng)韌型填充改性劑用于PVC電纜料。

2.2.4其他改性法

滑石粉改性方法很多，除上述提到方法之外，還包括局部活性改性、高能量表面改性等，局部活性改性利用化學(xué)反應(yīng)在粒子表面接枝上一些可與聚合物相容的基團(tuán)或官能團(tuán)，使無機(jī)粒子與聚合物有更好的相容性，從而達(dá)到無機(jī)粒子與聚合物復(fù)合的目的。高能量表面改性是利用高能放電、等離子射線、紫外線等所產(chǎn)生的巨大能量對(duì)粒子表面改性，使其表面具有活性，提高粒子與聚合物的相容性。

3應(yīng)用展望

隨著人們對(duì)滑石粉特性的認(rèn)識(shí)逐步加深，滑石粉在涂料、塑料等行業(yè)中的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。由于改性高檔滑石粉的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國內(nèi)外市場的需求，滑石粉的合理改性越來越被人們重視。因此，在我們熟悉滑石粉各種理化性能及其在各行業(yè)中應(yīng)用特性的同時(shí)，要在實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用中不斷總結(jié)，不斷探索創(chuàng)新,運(yùn)用現(xiàn)在高科技手段擴(kuò)大中低檔產(chǎn)品的深加工，開發(fā)高附加值的產(chǎn)品，共創(chuàng)滑石行業(yè)和涂料等加工行業(yè)的共贏局面。隨著滑石粉改性技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它在我國塑料、涂料等行業(yè)必將發(fā)揮越來越大的作用。