易宁波，姜波**，黄玉东，刘夏林，马庆维，马俊杰

（1.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨鑫达高分子有限公司，黑龙江哈尔滨150001）

绢云母改性及其在高分子材料中的应用进展*

易宁波1，姜波**1，黄玉东1，刘夏林1，马庆维2，马俊杰2

（1.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨鑫达高分子有限公司，黑龙江哈尔滨150001）

绢云母是层状硅酸盐矿物，因为具有优良的物理化学性质，被广泛应用在高分子材料中。主要介绍了绢云母的结构、组成和性质以及绢云母作为填料在涂料、橡胶、树脂和化妆品方面的应用。介绍了绢云母改性的方法，以硅烷偶联剂表面改性为主。插层聚合方法是近几年发展的，因为绢云母结构中没有膨胀层，首先使其活化，然后进行插层聚合方法。目前提出的“一步法”是绢云母改性的一个发展方向，最后介绍了绢云母的应用前景。

绢云母；应用；改性

绢云母概述

我国绢云母资源丰富，在陕西、湖北、福建、四川等省区有广泛的分布。绢云母是云母族矿物中呈极细鳞片状的白云母异种，属于低热液矿物[1]。绢云母晶体结构属2∶1型层状硅酸盐，由硅氧四面体与铝-羟基排列成的八面体组成，部分晶格中还含有少量的Fe、Mn、Cr等元素。绢云母和白云母的化学成分相近，被称为“细粒白云母”和“细鳞片状白云母”，但是由于其颗粒细、极易水化，水化后通常较白云母含水高，含K2O略低。绢云母片层结合的比较牢固；且耐热绝缘、耐酸耐碱、化学性质稳定、分散悬浮性好、色白粒细、有黏性。绢云母化学式为KAI2[AISi3O10]（OH）2，其化学成分为：SiO248%～55%、Al2O328%～36%、K2O 6%～10%、Fe2O30.5%～3%[2～5]。自然界的绢云母矿石常伴生有石英、长石等其它矿物。

1 绢云母在高分子材料中的应用现状

绢云母具有优良的化学性质与独特的物理性质，目前绢云母作为重要的填料已广泛应用于涂料、橡胶、塑料、造纸、陶瓷、化妆品等工业领域。

1.1 涂料方面的应用

绢云母粒度细，分散性和附着性好，适合用于油漆涂料的填料，能提升产品质量。杭州油漆厂FD3-1酚醛调和漆中用伊利石绢云母可全部代替立德粉，产品质量符合国家标准，成本可下降10%；在白色醇酸调和漆中可部分代替立德粉钛白粉使产品成本大幅度下降[2]。在外墙涂料的研究中，绢云母作为填料添加到涂料中可以提高涂覆物的抗腐蚀、防辐射能力。作为内墙涂料的填料，可以使涂料更加稳定，还能增强涂料的白度。

1.2 橡胶、塑料、树脂等高分子材料中的应用

由于绢云母物理化学性能优良，可以作为橡胶的填料提高其机械性能、耐热、抗老化等指标要求，作为塑料填料可以改善制品的耐热、绝缘等性能。无机矿物粉体与树脂基材复合，具有增强和赋予某些特殊功能的作用。绢云母作为高分子材料制品的补强填料，提高其力学、化学等方面的性能[6]。赵煌、张敬阳、吴伟端等人在利用绢云母填充于尼龙6后，尼龙6的力学性能有了显著的改善[7]。范力仁等人将超细绢云母应用于液体硅橡胶复合材料，当超细绢云母质量分数为8%时，复合材料的拉伸强度和邵氏硬度达到了1125 MPa和61，分别比纯硅橡胶提高了197.62%和48.78%[8]。晏海霞等人[9]用绢云母作为填料填充于ABS树脂中，当绢云母在添加到20份时强度达到最高，试样的综合性能最好，拉伸强度为38.47MPa、冲击强度为22.08kJ/m2，光泽度为46。

根据层状硅酸盐在材料基体中的分散状态可以分为：剥离型和插层型。但由于绢云母等硅酸盐的片层结构且属无机物，其在材料基体中的分散均匀程度和稳定性直接影响材料的性能，因此对绢云母等层状硅酸盐进行表面改性有利于改善在复合材料基体中的相容性和稳定性[10]。Hikaru Uno[11]等人研究的绢云母/尼龙6复合材料能够有效地提高抗拉性能。

1.3 化妆品填料

由于绢云母矿物细腻滑感强、分散性好、附着力强、能与水和甘油等均匀混合并且具有丝绢光泽、抗紫外线等特性，是化妆品，乳液、膏霜、朴粉、粉饼等各类化妆品的优质原料。绢云母质地细腻，富有弹性，光泽度合适，白度高，能满足高品级美容化妆品的特殊要求，做粉饼试验，绢云母柔软滑爽、富于弹性、易于粉扑涂擦，敷粉后皮肤具有天鹅绒般的平滑感；绢云母的鳞片结构能反射紫外线，因而加入防晒膏中能抵御紫外线，防止皮肤晒黑[2]。绢云母还是指甲油、唇膏和眼膏的珠光剂以及牙膏的添加剂。化妆品中对绢云母的质量要求：白度＞85%，SiO2＜50%，Al2O3＞30%，As＜3μg/g，Pb＜40μg/g，Cd＜1μg/g[12]。国外学者就提高绢云母白度做出了研究，YoungHoon Yun等人[13]通过TiO2吸附的方法使绢云母的白度有了较大的提高。

2 绢云母改性方法研究进展

绢云母有机改性最常用的方法有表面改性和插层聚合改性。

2.1 绢云母表面改性

技术比较成熟的是绢云母表面改性，表面改性的方法有很多种。利用粉体表面物理性质进行改性是其中之一，包括利用黏附力进行表面包覆改性；利用静电、紫外线灯进行高能表面改性等。国内利用化学性质进行硅烷偶联剂表面改性，由于绢云母表面有-OH基团，可以利用-OH缩合原理与有机试剂的键合，使绢云母表面有机化，增强绢云母与有机物基体的相容性和稳定性。偶联示意图1如下[14]：

图1 绢云母表面改性过程示意图Fig.1 The modification process of the sericite

薛茹君、吴玉程利用硅烷偶联剂（silane coupling agent，SCA）、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）、γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷（KH570）对超细绢云母进行表面修饰改性，使绢云母在有机相中的稳定性和分散性得到改善，吸油值由0.71 g/g增加到1.33 g/g，有较大幅度提高[15]。林海等人通过机械力化学改性，填充改性产品PP复合材料具有较强的抗紫外线性能[16]。

2.2 插层聚合改性

对于层状结构的硅酸盐矿物，插层改性比较常见，如膨胀石墨插层、蒙脱土插层、蛭石插层[17]等插层改性取得了比较大的突破，但绢云母层间结构具有特异性，层间的结合紧密，以及层间K+交换性差，导致绢云母插层改性特别困难，要实现插层改性，首先对绢云母层间进行活化，可以通过高温高热、超声等方式对其层间进行活化。国内科研工作者在插层改性方面也取得了一定的进展，具体处理方式如下[18]：

首先，对绢云母分子的层间结构进行热活化，有研究表明[19]，在800℃下焙烧1h就可以给绢云母足够的能量，使其达到活化的临界值。再次，将热活化后的绢云母进行酸处理。然后，进行Na-K交换反应，即钠化反应。交换过程机理如下：

图2 离子交换过程Fig.2 The ion-exchange process

最后，利用插层试剂对经钠化后的绢云母进行有机插层改性，其机理如下：

图3 绢云母的插层过程Fig.3 The intercalation process of the sericite

陈芬[18]利用经过热活化-酸处理-钠化的绢云母，研究将二甲基亚砜和十六烷基三甲基溴化铵（HDTMAB）分别对结构修饰绢云母进行插层，层间距增大到22nm以上，并且插层改性绢云母表面由亲水性转变成为疏水性。刘德春等人[20]以双氧水为膨胀剂，采用加热的方法对白云母进行了化学膨胀，红外光谱和热分析显示有机插层试剂十六烷基三甲基溴化铵很好地插入了白云母的层间。

2.3 其他方法

目前研究“一步法”工艺即将粘土阳离子交换反应、聚合物单体插层后的黏土与聚合物单体共聚合在反应器内一次完成，使黏土通过库仑力与聚合物基体结合并以纳米尺度均匀地分散在基体上，从而制成高性能的聚合物/纳米黏土复合材料，目前这种方法还在研究和探索中。

绢云母作为无机矿物填料，需进行改性以提高其与有机材料基体之间的相容性和稳定性。需要更好的改性方法实现绢云母材料基体之间的有机结合。目前提出的“一步法”非常值得探索和研究，它不仅能节省时间和原料，大大减化了材料的制造工艺，也能使填料与材料基体之间更优地结合，改进材料的性能。

3 绢云母应用前景

未来工业的发展，对材料性能的要求越来越高。绢云母增强复合材料因其独特的性能满足众多行业的需求。在军事领域，绢云母增强复合材料不仅可以满足所需强度要求同时也可以减轻相应军队的运输负担；在航空航天领域，增强型材料在空间抗氧化、防腐蚀、耐高温方面能够发挥它独有的优势；在民用领域，绢云母广泛应用于造纸、塑料、化妆品等行业。改性绢云母在高分子材料中的应用为无机非金属材料的发展起到了推动作用。

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The Modification of the Sericite and Application in Polymer Material

YI Ning-bo1，JIANG Bo1，HUANG Yu-dong1，LIU Xia-lin1，MA Qing-wei2and MA Jun-jie2
（1.Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China；2.Harbin Xinda Polymer Co.，Ltd.，Harbin 150001，China）

The sericite is a kind of layer silicate mineral，it has excellent physical and chemical performance，and is widely applied in polymer material.The structure，composing，performance of the sericite，the application of the sericite in the paint，rubber，resins and cosmetic is introduced.The modification methods of the sericite are presented.The first method is the surface modification by silane coupling agent，the second is the intercalation polymerization which is developing in recent years.Because there is no expanding layer in the sericite structure，firstly makes it activation and then executes intercalation polymerization.Now“one step method”is the developing direction of the modification of the sericite. Finally，the application prospect of sericite is introduced.

Sericite；application；modification

book=89,ebook=89

P578.959

A

1001-0017（2010）05-0047-03

2010-04-21*基金项目：哈尔滨市科技创新人才专项基金项目（编号：RC2010QN017001），哈尔滨工业大学优秀青年教师培养计划项目（编号：HITQNS2009058），黑龙江省博士后科学基金项目（编号：LBHE08142）

易宁波（1988-），男，四川泸州人，哈尔滨市工业大学高分子材料与工程专业本科生。

**通信联系人：姜波，E-mail∶jiangb0598@hit.edu.com