滑石粉化學結(jié)構(gòu)

摘要：滑石粉是一種重要的無機填結(jié)了滑石粉在涂料、塑料、造紙等行業(yè)的應(yīng)用特點，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；

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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。滑石粉通常是致密的塊狀、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。滑石粉廣泛應(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)用特點和改性進展，進一步展望了滑石粉的應(yīng)用前景。

滑石粉的應(yīng)用特點

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、增加張力強度、剪切強度、壓力強度、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。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、機械力和再涂層。針對超細滑石粉的一些固有物理化學特性，唐植賢等[1]闡述了超細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。實驗發(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)氧改性有機桂樹脂為基礎(chǔ)，制備了環(huán)氧有機硅耐高溫涂料，討論了滑石粉質(zhì)量分數(shù)對有機硅涂料耐熱性、附著力和沖擊強度的影響，討論了影響機制。結(jié)果表明，隨著滑石粉質(zhì)量分數(shù)的提高，涂層的耐高溫性和力學性能先增強后減弱，較好為35%；涂層可承受600、700和800°C室溫沖擊強度為5J; 600°C高溫處理后的附著力為9MPa增大至32.8MPa。這是因為滑石粉與環(huán)氧硅樹脂官能團發(fā)生化學反應(yīng)，形成具有一定附著力和保護性的硅氧鍵[4、5]，使涂層繼續(xù)承受一定的熱負荷，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’7]是提高機械性能的有效途徑之一。[8選用滑石粉作為聚氨酯（PU)通過增強填充顆粒SEM、FTIR對填料的形態(tài)結(jié)構(gòu)和力學性能進行了分析和研究。研究表明，滑石粉中的滑石粉-〇H可與PU中的-NCO化學反應(yīng)；PU當滑石粉添加量為2%時，膜的拉伸強度達到峰值。隨著顆粒添加量的增加，拉伸模量首先增加，然后下降。這是因為滑石粉具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和較大的徑厚比。當含量較小時，能有效防止應(yīng)力PU裂紋的擴展起著應(yīng)力集中點的作用，提高了拉伸強度。然而，隨著含量的增加，粒子在基體中分散性差，導(dǎo)致團聚，降低材料的拉伸強度。陳亞東等[9]研究了改性超細滑石粉對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]考察了不同細度滑石粉對硅酸鹽涂料成膜的影響。研究表明，隨著超細滑石粉細度的增加，涂層增加而增加。滑石粉越薄，暴露在單位體積內(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。滑石粉是塑料中有效的增強材料，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、拉伸強度、沖擊強度、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)濟效益。

調(diào)查滑石粉對聚酰胺66/聚對苯二甲酸乙二醇醋（PA66/PET)影響金微相形態(tài)、機械性能、耐熱性和結(jié)晶行為及其作用機制。結(jié)果表明，在適當?shù)臈l件下，添加5%滑石粉10%，PA66/PET合金的拉伸強度、彎曲強度、剛度等力學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PA66/PET增強微相界面；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，由于滑石粉的團聚，材料性能會大大降低。塑料中的聚丙烯樹脂（PP)是滑石粉應(yīng)用的主要對象。楊華明[13]用濕法加工超細滑石粉，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，達到國內(nèi)外汽車的性能PP材料質(zhì)量標準。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。試驗結(jié)果表明，改性滑石粉能提高流動性和成型性。添加適量滑石粉可獲得流動性好、尺寸穩(wěn)定、拉伸強度高、性能好的滑石粉填充聚丙烯，擴大其應(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；少量未改性或改性滑石粉PP初始結(jié)晶的穩(wěn)定性不會受到影響。從提高聚丙烯的強度和初始性開始，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，當用滑石粉填充聚丙烯時，當滑石粉含量低于20%時，二元共混材料的拉伸強度高于純度PP當強度為5%時，拉伸強度較高；試驗中使用的偶聯(lián)劑顯著提高了共混系統(tǒng)的流動性；當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]利用超細滑石粉吸收疏水有機物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紙張抗張強度顯著提高。當溫度為60°C，攪拌速度8000r/min,攪拌時間5min, pH為6時，AKD改性滑石粉的較佳條件。袁成強等P1]滑石粉用鄰苯二甲酸酐和尿素化學改性后，用作紙內(nèi)膠。由于滑石粉具有化學惰性，這種改性可以改變天然滑石粉的特性，并研究機械和光學性能。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性能和光學性能。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性能和光學性能，掃描電鏡填充紙，探討了激活滑石粉填充新聞紙的增強機制。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度和光學性能沒有明顯差異，但原淀粉價格低，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，因其手感細膩，價格低廉。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。滑石粉本身是無害的。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。石棉被認為是一種強致癌物。因此，當滑石粉應(yīng)用于化妝品、制藥等行業(yè)時，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)，作為無機填料，可提高產(chǎn)品的剛度、強度、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，滑石粉表面有機化。這是因為滑石粉表面含有親水基團，表面能量高。無機填料和有機聚合物分子材料在化學結(jié)構(gòu)和物理形態(tài)上存在很大差異，缺乏親和力。滑石粉顆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，需要對滑石粉顆粒進行表面處理。另外，涂料中使用超細滑石粉。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乳膠漆中吸油率高的滑石粉進行簡單的表面處理，因此其應(yīng)用受到極大限制。滑石粉改性機制是利用一些帶有兩性基團的小分子或聚合物化合物對復(fù)合材料中的一種或兩種進行表面改性，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，顆粒上覆蓋有兩性基團的表面活性劑，親水基團面向顆粒表面，親油基團面向外部，與聚合物相容性好，達到改性目的，擴大滑石粉的應(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)劑對滑石粉進行表面處理，研究了偶聯(lián)劑與材料結(jié)構(gòu)機械性能的關(guān)系，旨在提高復(fù)合材料的機械性能。

通過近紅外漫發(fā)射光譜分析，當滑石粉表面覆蓋約6%的磷酸酯時，達到飽和度；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；當磷酸酯為0.5%時，復(fù)合材料的抗張強度顯著提高，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；當基體中的聚丙烯含量為50%時，抗張強度基本不受填料含量的影響。

2.2.2機械化學法

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，即增強其表面吸附能力，簡化工藝的同時還可以降低成本，同時更易控制產(chǎn)品的質(zhì)量。超細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-機械化學變化。

楊華明等[26]研宄了滑石粉超細粉碎過程中物理化學性質(zhì)的變化，討論了物理化學性質(zhì)變化的相關(guān)機理。研宄表明：滑石粉經(jīng)攪拌磨超細粉碎后，表面活性增強，熱效應(yīng)改善，白度提高，粉體性質(zhì)變化與超細粉碎過程的熱力學特性密切相關(guān)。葉菁等[27]采用異丙基鈦酸酯（NDZ-201)對滑石進行改性氣流粉碎，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對無機粒子滑石粉進行表面處理后，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)合粒子拉伸強度和沖擊強度均明顯增強。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，其較大拉伸強度、沖擊強度均明顯提高，提高率分別達到136%和162%,可作為新型強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反應(yīng)在粒子表面接枝上一些可與聚合物相容的基團或官能團，使無機粒子與聚合物有更好的相容性，從而達到無機粒子與聚合物復(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

隨著人們對滑石粉特性的認識逐步加深，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大。由于改性高檔滑石粉的生產(chǎn)能力遠遠小于國內(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，要在實驗和生產(chǎn)應(yīng)用中不斷總結(jié)，不斷探索創(chuàng)新,運用現(xiàn)在高科技手段擴大中低檔產(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。