Modificación de la superficie del caolín: mecanismos, métodos y aplicaciones industriales

El caolín es un importante recurso mineral no metálico no renovable, y actualmente escasean los grandes yacimientos de caolín de alta calidad. Gracias a la continua investigación sobre el caolín, las industrias transformadoras están cambiando hacia una demanda de productos de gama media-alta. La demanda de caolín de alta calidad crece a un ritmo superior al del mercado general, lo que intensifica las contradicciones entre la oferta y la demanda en China. Por lo tanto, los investigadores necesitan aplicar diversas tecnologías de procesamiento para que el caolín sea ideal para diversas aplicaciones industriales, apuntándose así a diferentes mercados. Modificación de la superficie del caolín Es un proceso crucial que mejora las propiedades del material, haciéndolo más adecuado para diversas aplicaciones industriales.

Inorgánico modificación

Un método para ahorrar dióxido de titanio es mediante la modificación de la superficie y el procesamiento ultrafino, junto con el recubrimiento de polvo de dióxido de titanio sobre la superficie de partículas inertes de caolín. Los fabricantes pueden utilizar este polvo blanco de titanio compuesto como pigmento en plásticos, caucho, papel y recubrimientos.

Modificación orgánica

El objetivo de la modificación orgánica de la superficie de los rellenos de caolín es mejorar su rendimiento en aplicaciones de caucho, cables, plásticos, pinturas, recubrimientos y portadores químicos. Entre los modificadores de superficie más comunes se incluyen agentes de acoplamiento de silano, organosilicio (aceite de silicona), polímeros, surfactantes y ácidos orgánicos.

Modificación del agente de acoplamiento de silano

Los investigadores suelen utilizar agentes de acoplamiento de silano como los modificadores de superficie más eficaces para el caolín. El proceso de modificación es relativamente sencillo y suele implicar la adición de caolín y el agente de acoplamiento de silano preparado a una máquina de modificación de superficies para su tratamiento. Muchos factores influyen en los resultados del tratamiento, como la viscosidad y las características superficiales del caolín (grupos funcionales superficiales y reactividad), el tipo, la cantidad y la aplicación del agente de acoplamiento de silano, y el tiempo y la temperatura del tratamiento.

Aceite de silicona modificado

El caolín, utilizado como relleno en cables y alambres eléctricos (como el PVC), suele modificarse superficialmente con aceite de silicona. Tras la calcinación, el caolín elimina el agua estructural y, en consecuencia, la superficie de metacaolín resultante reacciona fácilmente con el oxígeno presente en las moléculas de aceite de silicona. Como resultado, este proceso permite que el aceite de silicona cubra la capa exterior de las partículas de caolín calcinado, formando así una película hidrófoba de espesor molecular. Además, las investigaciones demuestran que, a medida que aumenta la cantidad de aceite de silicona y el tiempo de tratamiento, mejora la hidrofobicidad del caolín calcinado.

Modificación de ácidos orgánicos

El costo de producción de rellenos de caolín recubiertos de silano es relativamente alto.
La patente estadounidense 4.798.766 emplea un tratamiento de aminación, seguido de un tratamiento superficial del caolín aminado y otras cargas minerales de silicato con ácidos orgánicos insaturados, como el ácido oxálico, el ácido decanoico y los ácidos dicarboxílicos. El caolín modificado tratado con este método puede utilizarse como carga en el nailon 66.

Modificación de aminas orgánicas

Los tensioactivos catiónicos, como la octadecilamina, también pueden utilizarse para la modificación superficial del caolín. Sus grupos polares interactúan con la superficie de las partículas de caolín mediante adsorción química y física.

Modificación de intercalación

Las capas unitarias de caolín contienen enlaces -OH y enlaces Si-O, que forman fácilmente enlaces de hidrógeno. Además, la pequeña separación entre capas permite que pequeñas moléculas polares se intercalen entre ellas, ampliando la distancia interlaminar. Este proceso transforma la hidrofilicidad de la capa interlaminar en oleofilicidad, reduciendo su energía superficial y facilitando la intercalación de otras macromoléculas orgánicas mediante un proceso de sustitución.

Los investigadores logran la modificación de intercalación del caolín rompiendo los enlaces de hidrógeno entre capas y formando nuevos enlaces de hidrógeno, siguiendo el mecanismo de transferencia de electrones. En el proceso de transferencia de electrones, un donador de protones gana un electrón para formar un enlace de hidrógeno. Estos intercaladores contienen grupos funcionales como -NH, -OH, -COOH, etc. El aceptor de protones pierde un electrón para formar un enlace de hidrógeno, y estos intercaladores generalmente contienen grupos funcionales como C=O, -NO, -SO, etc. Los intercaladores que contienen grupos funcionales donantes y aceptores de protones poseen la doble capacidad de ganar y perder electrones, lo que les permite formar enlaces de hidrógeno solos o simultáneamente. Estos intercaladores contienen grupos funcionales como -CO-NH2, -CO-NH-, etc. Para diferentes moléculas orgánicas, los enlaces de hidrógeno formados varían.

Conclusión

El caolín es un importante recurso mineral no metálico no renovable, y actualmente escasean los grandes yacimientos de caolín de alta calidad. Gracias a la continua investigación sobre el caolín, las industrias transformadoras están cambiando hacia una demanda de productos de gama media-alta. Por lo tanto, los investigadores deben aplicar diversas tecnologías de procesamiento para que el caolín sea ideal para diversas aplicaciones industriales, con el objetivo final de alcanzar diferentes mercados.

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