Với nguồn nguyên liệu dồi dào, khai thác và chế biến cao lanh đang ngày càng được đầu tư về kỹ thuật để nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu của các ngành sản xuất, cạnh tranh vơi các dòng cao lanh nhập khẩu. Biến tính bề mặt của cao lanh là công việc bắt buộc trong chế biến cao lanh
1 Vì sao phải biến tính bề mặt của cao lanh
Vì cao lanh dễ bị kết tụ khi diện tích bề mặt riêng và năng lượng bề mặt quá cao, không thể phân tán đồng đều khi chứa đầy các vật liệu polyme hữu cơ như cao su và nhựa, điều này không có lợi cho việc nâng cao hiệu suất của sản phẩm. Do đó, cần có sự biến đổi bề mặt của cao lanh để giảm năng lượng bề mặt của nó. Sau khi biến đổi bề mặt, bột cao lanh có thể đạt được các hiệu ứng như kỵ nước, giảm năng lượng bề mặt, cải thiện độ phân tán và khả năng tương thích với các vật liệu composite gốc polyme.
Các phương pháp biến tính bề mặt cao lanh
Quá trình biến tính bề mặt của cao lanh nói chung có ba phương pháp: phương pháp ướt, phương pháp khô và phương pháp bán khô.
- Phương pháp ướt
Quá trình ướt đòi hỏi các quá trình nghiền bột, khử nước và sấy khô, và quá trình này phức tạp hơn, đặc biệt là lọc khử nước. Nếu kích thước hạt nhỏ hơn 1250 mesh thì sẽ vô cùng khó khăn và phức tạp.
- Phương pháp khô
Quá trình biến tính khô đòi hỏi công nghệ và thiết bị tương đối cao. Quá trình loại bỏ hoàn toàn liên kết khử nước và làm khô, và quá trình này rất đơn giản.
- Nửa khô nửa ướt
Trong khi khuấy bột trong máy trộn, cho một lượng nước và phụ gia thích hợp vào trộn đều. Quá trình này bỏ qua quá trình khử nước và có hiệu quả sản xuất cao hơn.
2 Các phương pháp điều chế cao lanh thường được sử dụng hiện nay
2.1 Sửa đổi calcined
Nguyên tắc: Quá trình nung cao lanh loại bỏ nước cấu trúc, nước tinh thể, cacbon và các chất dễ bay hơi khác, và trở thành metakaolinit. Cao lanh nung có các đặc điểm là độ trắng cao, khối lượng riêng nhỏ, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ rỗng lớn, hấp thụ dầu tốt, bao phủ và chống mài mòn, cách nhiệt và ổn định nhiệt cao.
Với mỗi nhiệt độ nung lại cho ra những sản phẩm cao lanh khác nhau Cụ thể:
- Nhiệt độ nung thấp (600 ℃ -1000 ℃): Sản phẩm cao lanh của nó có hoạt tính cao. Nó được sử dụng để tổng hợp rây phân tử, công nghiệp hóa muối nhôm, vật liệu chức năng nhựa và cao su.
- Nung ở nhiệt độ trung bình (1000 ℃ -1200 ℃): Sản phẩm cao lanh của nó có độ trắng cao và độ mờ tốt. Được sử dụng trong ngành sản xuất giấy và sơn phủ để thay thế titanium dioxide làm chất màu cấu trúc.
- Nhiệt độ nung cao (trên 1200 ℃). Sản phẩm bột cao lanh được sử dụng trong sản xuất cát đúc hạt mullite, vật liệu chịu lửa cao cấp và đồ gốm đặc biệt, v.v.
2.2 Sửa đổi lớp phủ bề mặt
Thông qua lớp phủ bề mặt, sự ổn định của cấu trúc vật liệu có thể được tăng cường, hoạt tính của chất xúc tác có thể được tăng lên, có thể ngăn chặn sự kết tụ của bột, và có thể cải thiện các đặc tính phân tán và tính lưu động của bột.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến việc thay đổi lớp phủ bề mặt như sau:
- Các tính chất của cao lanh: Diện tích bề mặt riêng của cao lanh quyết định lượng biến tính bề mặt. Diện tích bề mặt cụ thể càng lớn thì liều lượng càng nhiều.
- Tính chất của chất điều chỉnh: Từ góc độ phân tán, sự hấp phụ của các chất không ion trên bề mặt cao lanh là tương đối lớn, nhưng hiệu quả không lý tưởng; mặc dù sự hấp phụ của các chất mang điện tích âm không nhiều nhưng độ phân tán tốt.
- Điều kiện phản ứng: Ở các nhiệt độ và giá trị pH khác nhau, lượng hấp phụ của các ion phủ trên bề mặt bột là khác nhau, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến kết quả của quá trình biến tính bề mặt.
2.3 Sửa đổi xen kẽ
Phương pháp xen phủ cao lanh bao gồm phương pháp hóa cơ, phương pháp xen vi sóng, phương pháp xen lỏng và phương pháp xen siêu âm.
Vật liệu nano xen kẽ cao lanh có tính dẻo, độ trắng, dễ phân tán và hấp phụ tốt hơn, và có thể cung cấp cho vật liệu các tính chất quang học, điện và từ, đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng của đất sét cao lanh. Phương pháp xen kẽ hiện là công nghệ có triển vọng và hiệu quả nhất để điều chế cao lanh nano. Các chất phụ gia hóa học thường được sử dụng bao gồm: kali axetat, dimetyl sulfoxit, urê, formamit, hydrazin hydrat và các chất mở rộng của nó, v.v.