翻譯-機械活化法表面改性硅灰石及其特性

1、機械活化法表面改性硅灰石及其特性摘要：采用鈦酸酯改性劑，采用濕法超細攪拌磨在實驗室硅灰石顆粒表面改性的研究。物理，測量和評價了改性硅灰石的物理化學性能及應用。結果表明，磨削強度顯著影響改性效果由于機械力化學效應。硅灰石表面由親水性變成疏水性改性后的。濕磨條件下鈦酸和硅灰石之間的相互作用進行了研究。提示：物理吸附和化學吸附的鈦酸鹽在硅灰石表面共存。聚乙烯的力學性能（PE）填充改性硅灰石粉末明顯改善。關鍵詞：硅酸鹽礦物；改性；表面性質；球磨；填料1.簡介 表面改性，如功能粉體的制備過程中的關鍵環(huán)節(jié)，是非金屬礦物的一個重要的現(xiàn)代加工技術。改性硅灰石已作為填充材料的廣泛應用。表面改性硅灰石顆粒呈現(xiàn)親水

2、疏水，使硅灰石填料顆粒再加上有機基質，如塑料，橡膠，膠粘劑。填料顆粒的表面改性，顯著提高了基體的力學性能，增加基體中的負載，并降低生產(chǎn)成本。 傳統(tǒng)的表面改性技術，包括加熱共混改性和填充改性的方法，已被廣泛應用于填料和顏料的處理。然而，它也有一些缺點，如弱攪拌強度，材料的低混合程度，和材料之間的不均勻性，特別是，良好的反應環(huán)境的缺乏。因此，改性效果差，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定的1-3。因此，有必要尋找一種高效的改性方法。 機械力化學表面改性是利用機械力化學改性的方法。高強度研磨過程中發(fā)生的機械力化學效應，固體顆粒撞擊對方瞬間巨大的機械力作用下，引起一系列表面的相互作用，如物理，物理化學，結構，和表面上的機

3、械的變化以及在地下區(qū)域4-5。機械力化學效應的結果在能量儲存在礦物表面，提高了表面反應活性 6 。因此，機械力化學表面改性增強相之間的反應，由于礦物顆粒的表面活性增加7-8。機械與活性表面改性的優(yōu)勢已經(jīng)被許多對礦物粉體表面改性的研究證明，如SiO2 9 ， 10 Al2O3，SiC 11 2 和其他。然而，大多數(shù)這些修改已在干磨系統(tǒng)進行的，這需要很長的時間和更多的能量 因為許多技術因素，如顆粒的制劑的懸浮和分散性，改性溫度和紙漿的固體密度的變化，可以很好地控制在一濕磨系統(tǒng)，在濕式粉碎系統(tǒng)的機械力活化表面改性被認為是最有效的和有希望的表面改性方法之一。此外，這種方法結合了表面改性和超細粉碎一起在

4、研磨設備，它已經(jīng)在商業(yè)上用于生產(chǎn)精細和超細無機粉末。因此，濕機械力活化表面改性是更容易在工業(yè)規(guī)模上得到應用。 據(jù)最近的濕化學機械表面改性進行了研究，采用與硬脂酸鈉 12 碳酸鈣改性鈦酸鋁，13-14， 15 ，烷基胺甲基膦酸 16 和 3 ，聚合物接枝改性的分別，并在與硬脂酸鈉電氣石改性的改性劑 17 。 硅灰石微粒鈦酸結合同時濕法超細攪拌磨中的表面改性進行描述，并對各種工藝參數(shù)對改性產(chǎn)品性能的影響。通過物理力學改性硅灰石顆粒作為填充聚合物材料性能測試評價改性效果。研究了鈦酸酯和硅灰石之間的相互作用機理。2.實驗2.1 樣品和改性劑 實驗樣品是來自中國吉林省細硅灰石粉。其主要化學成分（重量）是

5、氧化鈣44.86，二氧化硅50.32，氧化鋁0.48，F(xiàn)e2O3的0.31，K 2 O0.064，0.050的Na2O和MgO1.26。樣品的粒度分布（累積百分數(shù)，）如下：1微米，1.6; 2微米，4.7; 5微米，12.8; 10微米，27.5; 15微米，45.1; 20微米，63.8; 30微米，82.4; 40微米，91.3; 50微米，96.7; 60微米，試樣100的中等大小為16.31微米，比表面積0.280平方米克1，亮度88.40，密度2.85克cm -3的。在實驗中使用的鈦酸酯偶聯(lián)劑（NT2）為化學純，所使用的水為蒸餾水。2.2 測試與評價方法 改性實驗是在一個容積為0.2

6、5 L的超細攪拌磨機中進行細磨。這個過程是硅灰石通過細磨細粉，在經(jīng)過（細磨+改性劑）改性硅灰石。 研磨介質是小直徑的玻璃球。每個實驗加入20g礦物樣本。通過實驗確定和優(yōu)化工藝參數(shù)。檢測的樣品是在優(yōu)化的工藝條件下處理的產(chǎn)品。改性后的樣品用丙酮清洗多次為了機理研究。 在煤油沉淀試驗測定樣品的硅灰石表面改性的效果。沉淀粒子的質量在一個從開始到結束沉淀沉淀盤是由自組裝沉積建立電子記錄的平衡，和比泥沙質量的總質量粒子在沉降盤，即沉降率，計算。較低的沉淀率為樣本，更好的分散顆粒在煤油和更多的顆粒表面的疏水性。因此，粒子的改性效果會更加增強。 由SA-CP3型沉降粒度分布分析儀島津公司的測量是地面硅灰石的粒

7、徑分布，日本。用紅外光譜法測定了NT2對硅灰石表面的吸附形態(tài)（布魯克ifs-113紅外光譜儀）。3.結果與討論3.1 磨機械力對硅灰石的表面改性的強度的影響（1）粒度 所述NT2劑用于修改硅灰石后的試樣進行濕式研磨，以一定的尺寸對于給定的周期。圖1示出研磨時間和沉降率之間的關系。研磨時間上的介質尺寸（D50）和的比表面積（SV）的影響地面硅灰石示于圖2。 如圖1，由NT2（1重量）改性的硅灰石沉淀比率比沒改性硅灰石（0重量）顯著降低。由NT2改性的硅灰石沉降率的增加，研磨時間逐漸降低，并成為穩(wěn)定的（小于20）后1.5小時。它表明，硅灰石地與改性劑NT2的改性效果是顯著的，并且研磨時間1.5小時

8、是最佳的。圖2示出了最佳的改性條件下硅灰石的粒徑D50=2.58微米，SV =1.223平方米克1。研磨時間對改性效果的影響研磨時間對硅灰石細度的影響 NT2用量對硅灰石（1.5小時）的改性效果的影響示于圖3?？梢钥闯龈男孕Ч玫郊訌?，直到NT2劑量達到1重量。超出這個劑量時，改性效果保持不變。NT2用量對改性的影響改性時間、影響攪拌轉速對改性效果的影響（2）改性時間和混合速度 改性時間和NT2改性效果以及攪拌磨機的旋轉速度的影響示于圖4。固定條件下：pH為8.0;漿溫度，70;礦漿濃度，40;研磨介質礦物喂養(yǎng)，5的質量比;和研磨時間修改前，1.5小時?？梢园l(fā)現(xiàn)，改性時間和攪拌速度的最佳值是分

9、別為20min和1000轉/min。(3)研磨介質與礦物投料的質量比 研磨介質對礦物投料的質量比是濕超細粉碎的最重要的技術因素之一。不同研磨介質與礦物投料的質量比對改性的影響示于圖5。其他因素在實驗的相同的那些在上述實驗（圖4），除了改性時間（20分鐘）和混合速度（1000轉/分鐘）?？梢钥闯?，硅灰石的改性可以在超過3的質量比時顯著增強，而最佳值是5。3.2改性的硅灰石的性能（1）物理性質 硅灰石在改性前后的物理和物理化學性質示于表1。與非改性硅灰石，改性硅灰石增加水的接觸角相比，改性的硅灰石的接觸角在煤油中減小，在水中增大；吸水率值7，14和21天大大減少；水滲透時間也大大增加。這表明，硅灰

10、石的親水性表面改性后賦予疏水性。改性也導致增加亮度。(2)填充硅灰石的聚乙烯的機械性能 在相同填充率下，填充了非改性和機械性刺激活化硅灰石粉末的乙二醇的機械性能列在表2中。熔體流動速率反映了在PE矩陣的填料的分散程度，而其拉伸強度，臨界拉伸伸長率，和卷繞屈服強度明顯填料顆粒與基質之間的耦合狀態(tài)。表2表明，相對于未改性的填料，聚乙烯與機械性活化改性填料的所有的機械性能顯著地提高，除了拉伸伸長。3.3.NT2和硅灰石之間相互作用的機理（1）紅外光譜檢驗 硅灰石，NT2和由NT2改性的硅灰石的紅外光譜示于圖6。從圖6（a）中可以看出，該硅灰石的特征吸收峰出現(xiàn)之間1086和903厘米-1 18。 在圖

11、6-b 中NT2在3200-3500cm-1的吸收峰，是因為-OH振動和氫鍵的存在。由P-O-H，P-O-P，和P = O引起1000 cm-1至1300 cm-1的吸收峰。CH 3-和CH 2-的吸收峰出現(xiàn)在2984 cm -1和2934cm -1。在圖6-c中，CH3和CH2有非常弱的特征吸收峰在3000cm-1，表明NT2吸附硅灰石的表面上。因為紅外樣品通過丙酮多次清洗，該吸附可以是化學吸附。(2)吸附強度試驗 改性硅灰石的表面吸附力，通過加水洗滌進行研究。圖7：改性的硅灰石沉降率比硅灰石的低得多；水洗滌過的硅灰石沉淀比率比未洗滌的更高。 所以洗滌可以去除一些弱吸附的NT2，但不能除去強

12、吸附的端NT2。這意味著化學吸附和物理吸附硅灰石表面上是共存的。NT2的硅灰石的表面上吸附模型 NT2 的化學公式 (單烷氧基焦磷酸鈦酸) 如以下所示 1。NT2 不溶于水，也不與水反應。因此，NT2 在修改過程中是穩(wěn)定的。 硅灰石的化學式是CaCO3或的Ca3Si3O9。Ca-O和Si-O的不飽和鍵上露出硅灰石的劈開面可水合以產(chǎn)生一些表面的OH-基團20，如圖8所示。因此，在改性過程硅灰石和NT2之間的表面相互作用建議如下：（1）端NT2（無水解）直接參與了反應，在這之后，鈦和磷的化學環(huán)境改變；（2）表面的OH-基團的硅灰石參加與NT2反應。4.結論 （1）機械活化表面改性可用濕超細粉碎來強

13、化改性過程，提高改性產(chǎn)品的填充質量，簡化生產(chǎn)工藝，并降低生產(chǎn)成本。 （2）研磨的細度和精細研磨機械力的強度，改性時間，攪拌磨機的旋轉速度，和磨礦介質對礦物料的質量比，是機械性活化表面改性的重要因素。一個中等大小的 2.58 m 和比表面積的 1.223 m2g1 改性硅灰石粉末可以通過優(yōu)化的實驗參數(shù)下的機械活化表面改性方法獲得。 （3）親水表面的硅灰石改性后呈現(xiàn)疏水性，聚乙烯 (PE) 填充改性硅灰石粉末后，力學性能可以得到明顯的改善。 （4）我們可以提出NT2的硅灰石和吸附模型表面上的化學吸附機理。References1 S.L. Zheng, Powder Surface Modifica

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