Modification de surface du kaolin : mécanismes, méthodes et applications industrielles

Le kaolin est une ressource minérale non métallique non renouvelable importante, et les grands gisements de kaolin de haute qualité sont actuellement rares. Grâce à la recherche continue sur le kaolin, les industries en aval s'orientent vers des produits de milieu et haut de gamme. La demande du marché pour le kaolin de haute qualité croît plus vite que le marché global, accentuant les contradictions entre l'offre et la demande en Chine. Par conséquent, les chercheurs doivent appliquer diverses technologies de traitement pour rendre le kaolin idéal pour diverses applications industrielles, ciblant ainsi différents marchés. Modification de surface du kaolin est un processus crucial qui améliore les propriétés du matériau, le rendant plus adapté à diverses applications industrielles.

Inorganique modification

Une méthode pour économiser le dioxyde de titane consiste à modifier la surface et à la traiter ultrafinement, ainsi qu'à appliquer de la poudre de dioxyde de titane sur la surface de particules de kaolin inertes. Les fabricants peuvent utiliser cette poudre composite blanche de titane comme pigment dans les plastiques, le caoutchouc, le papier et les revêtements.

Modification organique

La modification organique de surface des charges de kaolin vise à améliorer leurs performances d'application dans le caoutchouc, les câbles, les plastiques, les peintures, les revêtements et les supports chimiques. Les modificateurs de surface courants comprennent les agents de couplage silane, les organosiliciums (huile de silicone), les polymères, les tensioactifs et les acides organiques.

Modification de l'agent de couplage au silane

Les chercheurs utilisent couramment des agents de couplage silane comme modificateurs de surface les plus efficaces pour le kaolin. Le processus de modification est relativement simple : il consiste généralement à ajouter le kaolin et l'agent de couplage silane préparé dans une machine de modification de surface pour le traitement. De nombreux facteurs influencent les résultats du traitement, tels que la viscosité et les caractéristiques de surface du kaolin (groupes fonctionnels de surface et réactivité), le type, la quantité et l'application de l'agent de couplage silane, ainsi que la durée et la température du traitement.

Huile de silicone modifiée

Le kaolin utilisé comme charge dans les fils et câbles électriques (comme le PVC) est généralement modifié en surface avec de l'huile de silicone. Après calcination, le kaolin élimine l'eau de structure, ce qui permet à la surface de métakaolin ainsi obtenue de réagir facilement avec l'oxygène des molécules d'huile de silicone. Ce procédé permet ainsi à l'huile de silicone de recouvrir la couche externe des particules de kaolin calcinées, formant ainsi un film hydrophobe d'épaisseur moléculaire. De plus, des recherches montrent que l'hydrophobicité du kaolin calciné s'améliore avec l'augmentation de la quantité d'huile de silicone et de la durée de traitement.

Modification d'acide organique

Le coût de production des charges de kaolin enrobées de silane est relativement élevé.
Le brevet américain 4 798 766 utilise un traitement d'amination, suivi d'un traitement de surface du kaolin aminé et d'autres charges minérales silicatées avec des acides organiques insaturés, tels que l'acide oxalique, l'acide décanoïque et les acides dicarboxyliques. Le kaolin modifié traité selon cette méthode peut être utilisé comme charge dans le Nylon 66.

Modification d'amine organique

Les tensioactifs cationiques, tels que l'octadécylamine, peuvent également être utilisés pour modifier la surface du kaolin. Leurs groupes polaires interagissent avec la surface des particules de kaolin par adsorption chimique et physique.

Modification d'intercalation

Les couches unitaires de kaolin contiennent des liaisons -OH et Si-O, qui forment facilement des liaisons hydrogène. De plus, le faible espacement entre les couches permet à de petites molécules polaires de s'intercaler entre elles, augmentant ainsi la distance intercouche. Ce processus transforme l'hydrophilie de la couche intermédiaire en oléophilie, réduisant ainsi son énergie de surface et facilitant l'intercalation d'autres macromolécules organiques par substitution.

Les chercheurs parviennent à modifier le kaolin par intercalation en brisant les liaisons hydrogène interfoliaires et en formant de nouvelles, selon le mécanisme de transfert d'électrons. Lors de ce transfert, un donneur de protons gagne un électron pour former une liaison hydrogène. Ces intercalaires contiennent des groupes fonctionnels tels que -NH, -OH, -COOH, etc. L'accepteur de protons perd un électron pour former une liaison hydrogène, et ces intercalaires contiennent généralement des groupes fonctionnels tels que C=O, -NO, -SO, etc. Les intercalaires contenant à la fois des groupes fonctionnels donneurs et accepteurs de protons possèdent la double capacité de gagner et de perdre des électrons, ce qui leur permet de former des liaisons hydrogène, seuls ou simultanément. Ces intercalaires contiennent des groupes fonctionnels tels que -CO-NH2, -CO-NH-, etc. Les liaisons hydrogène formées varient selon les molécules organiques.

Conclusion

Le kaolin est une ressource minérale non métallique non renouvelable importante, et les gisements importants et de haute qualité sont actuellement rares. Grâce aux recherches continues sur le kaolin, les industries en aval s'orientent vers des produits de milieu et haut de gamme. Par conséquent, les chercheurs doivent appliquer diverses technologies de traitement pour rendre le kaolin idéal pour diverses applications industrielles, ciblant ainsi différents marchés.

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