电气石的表面改性研究.doc

◎电气石的表面改性研究　　电气石的表面改性研究　　[摘要] 采用硬脂酸对电气石进行表面改性，研究了温度，时间和改性剂添加量等因素对电气石改性效果的影响用活化指数和IR对改性前后的电气石进行了表征及机理分析结果表明；硬脂酸与电气石表面发生了化学吸附，用硬脂酸对电气石改性过程温度底、作用时间短、改性效果好、药剂成本低骨很好的应用前景[关键词] 电气石；硬脂酸；表面改性Abstract: The effects of temperature, and amount of stearic acid on the surficial modification to tourmaline are studied. The modified tourmaline is analysed through activation index and IR, theresults show that there is chemicaladsorption between stearic acid and tourmaline and it is suitable to use stearic acid to modify tourmaline for moderate timpearture,short time,good performance and lowcost,so it can find good application.KEY words:tourmaline;stearic acid;surface modification　　长期以来高品质电气石被作为宝石矿物，除少量用作磨料外，大量的非宝石级电气石未得到充分开发利用。

自从上世纪90年代，电气石以其发射远红外线、释放负离子、微弱电流等特性，广泛应用在环保、保健、电子、医药、化工、轻工、建材等领域随着对电气石增值化应用的逐步研究，其作为矿物填料在塑料、橡胶等高分子材料工业及复合材料领域中的应用也愈来愈受到重视　　 电气石粉体与高分子聚合物表面性能差异较大，难以直接牢固结合，直接填充易导致材料的某些性能下降以及易脆化等，从而影响基质的整体综合性能，因此，必须对电气石粉体进行表面改性处理　　 本文选用硬脂酸作为表面改性剂用活化指数及IR（红外光谱）对改性效果进行表征和评价，并对电气石的表面改性机理进行了分析1试验部分1．1 试验原料　　 电气石粉，粒度d50=18.79um,d97=54.00um,产自内蒙赤蒙峰改性剂：硬脂酸，工业级1．2 测试仪器及改性设备　　 XRD分析在日本光D/max-rB转X-射线衍射仪上进行，实验条件：Cu-ka辐射，石墨单射器，40kV,50mA,狭缝：DS1o，RS03 o，扫描速度8度/min；EDS（能谱），采用荷兰SEM505附件；红外光谱(FTIR)分析采用美国NICOLET501P型红外光谱仪，样品采用KBr压片。

　　 改性设备为GRH-10型热混机，转数900r/min，辽宁阜新热源设备厂生产1．3改性方法　　 取一定量的电气石粉，直接加入硬脂酸，按照不同时间、不同温度、不同添加量在热混机进行表面改性，按照原化工部标准HG/T256-94测定改性后的电气石粉活化指数，并对硬脂酸改性前后的电气石粉进行IR测试活化指数反映了矿物粉体的改性程度，它表述为：活化指数H=（样品中漂浮部分重量/样品总重量）×100%；未改性时H=0，改性完全H→100%2 试验结果及讨论2．1通过XRD及EDS分析　　 XRD及EDS分析结果见图1和图2由图1可知，电气石粉由电气石和石英组成，主要是电气石；由 图2可知电气石表面分布的元素重量百分比为Na2.785%、Mg3.927%、Al25.874%、Si42.889%、Cal.147%以 及Fe23.378%. 胡熙庚等认为，矿物经破碎、细磨后，沿任何方向发生破裂，在断面上的质点均存在着不饱和键力，且在不同部位未得到补偿键力的不饱和程度亦不相同，所以，在断裂面不同部位具有不同的吸附能力和作用活性因此，随着电气石粒度的降低，电气石粉表面Mg、Al、Ca、Fe等元素将会形成活性中心，而且具有吸附能力。

2．2 改性时间实验　　 改性时间试验结果（温度：80oC；添加量1.5%）见图3从图3可以看出，净吸附速率随着改性时间延长而增加，开始有一个快速增长的过程（10min时已达到97%），以后缓慢提高，时间到一定时，净吸 附速率近似为0，改性剂在电气石的吸附和解吸附达到平衡开始吸附时，改性剂剂首先吸附在电气石表面活性最大的部位，随着活性高的表面逐渐被遮盖，改性剂在电气石表面的吸附作用就愈来愈弱因而吸附量越来越小，整个吸附过程是不均匀的2.3 改性剂添加量试验　　 改性剂添加量试验结果（温度：80oC；时间：10min）见图4从图4可以看出，随着添加量的增加，活化指数起初增加很快，当添加量为1.3%时，活化指数达到99.7%后，不再增加而减少表明硬脂酸的添加量在1.3%的时候，在电气石的表面形成了单分子覆盖层在此之后，活化指数随着硬脂酸添加量的增加而降低这是由于在此温度下，一部分电气石没有与硬脂酸反应，有化学反应而连接的硬脂酸疏水基朝外，且有空隙存在，再增加硬脂酸会添充此空隙，可能疏水链间相互作用，引起物理吸附的硬脂酸在杂乱排列中部分极性基团朝外，引起亲水，活化指数下降此时不宜再增加硬脂酸添加量，因改性过的电气石与有机材料复合后，多余的硬脂会影响复合材料的物理性能和电性能。

2．4 改性温度试验　　 改性温度试验结果（时间：10min;添加量：1.5%）见图5从图5可以看出，随着温度的升高，活化指数增加，在90oC时达到最大值，接近100%由于硬脂酸熔点为70oC左右，离子型表面活性剂的吸附量随着温度的升高而增加改性剂在电气石表面吸附为放热反应，随着温度的升高，吸附平衡向着相反方向移动在低温区，吸附速率大于解吸速率，吸附量随着温度升高而迅速增加，而后逐渐趋于平缓，在90oC时达到最大值，再增加温度，吸附速率就等于解吸速率，吸附量达到了恒定值，活化指数也就保持稳定.3 吸附机理分析　　 IR分析结果见图6由图6可以看出：改性前后的电气石粉的光谱发生了改变，改性后的电气石粉除了保持 3510cmˉ1的OH伸缩振动、1256 cmˉ1BO3的伸缩振动、1062 cmˉ1和985 cmˉ1的SiOSi、OSiO、BO3的伸缩振动外，在2910 cmˉ1和2850 cmˉ1出现了C-H的伸缩振动吸收峰，在1700 cmˉ1出现了C=O的伸缩振动吸收峰，在920 cmˉ1和650 cmˉ1出现了C-H的面内弯曲振动吸收峰，由此表明，硬脂酸CH3(CH2)16COOˉ在电气石表面活性中心与Ca2+、Fe2+、Mg2+等离子发生了化学吸附。

4结论　　 （1） 用硬脂酸处理电气石可以达到良好的效果，最佳处理条件是温度90oC，处理时间10min，添加量 1.3%,活化指数接近100%　　 （2） 用活化指数对电气石表面改性效果进行表征的方法，是预先评价表面改性效果一个简单、易行、有效的方法和手段通过试验证明，用硬脂酸改性的电气石与HDPH复合后，复合材料的远红外发射率和释放负离子浓度都有改善和提高，机械性能没有受到影响　　 （3） 通过IR分析表明，硬脂酸官能基COO ˉ与电气石表面活性中心Ca2+、Fe2+、Mg2+等离子发生了化学吸附　　 （4） 用硬脂酸对电气石改性温度低、时间短、效果好，而且价格便宜，有很好的应用前景 文章整理：石家庄托玛琳矿产品有限公司责任编辑：李志刚地址：石家庄友谊北大街311号。