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超细硫酸钡常用表面改性剂及工艺
2020-08-20 [150]

超细硫酸钡作为高品质的硫酸钡产品,具有无毒、无味、粒径小等优点广泛应用于各个领域。但是超细硫酸钡产品还存在两个关键问题:

一方面是超细硫酸钡颗粒粒径小,比表面积大,表面能高,极易发生颗粒间团聚,使颗粒粒径变大,形貌也不规整。

另一方面是超细硫酸钡表面极性强,颗粒表现为亲水疏油,与有机相容性差,与有机聚合物亲和性差,影响复合材料性能,限制其应用。

为了抑制颗粒间团聚,稳定其分散体系;提高硫酸钡的有机相容性,提高复合材料的性能,必须对超细硫酸钡进行表面改性,使其表面亲油疏水,拓宽其应用。

1、硫酸钡常用表面改性剂

超细硫酸钡粒子表面极性强,易使吸附在硫酸钡颗粒表面的水发生解离生成羟基,为硫酸钡的表面改性提供了可能。表面改性剂首先应具有亲水的极性集团和亲油的非极性基团,可以吸附在硫酸钡颗粒的表面,形成牢固的吸附层;其次还可以改变颗粒表面静电力大小或产生空间位阻效应使超细硫酸钡颗粒分散稳定,抑制其团聚;同时还应具有抗酸、碱性和耐候性。

(1)偶联剂

利用偶联剂对超细硫酸钡进行表面包覆的工艺简单,但应用甚广,经偶联剂表面改性的超细硫酸钡作为涂料的填料,可提高复合涂料的抗震性、抗冲击能力、强度和刚度等力学性能。

根据不同的基体材料可以优选钛(铝)酸酯类、硬脂酸类和硅烷类等多种界面偶联剂。

(2)超分散剂

超分散剂是一种新型水溶性聚合物分散剂,能够和硫酸钡颗粒表面羟基通过氢键结合成吸附层或者物理作用包裹在硫酸钡颗粒表面,降低颗粒表面张力和表面能,从而改变颗粒表面静电力大小或产生空间位阻效应使分散体系稳定,抑制颗粒间的作用,改善颗粒间的团聚。常用的超分散剂:聚酯类分散剂、低聚皂分散剂、水溶性高分子分散剂等。

(3)有机硅

高分子有机硅是以硅氧键链(Si-O-Si)为骨架,硅原子上连接有机官能团的一类聚合物。高分子有机硅分子中无机骨架具有结构稳定性很高,而无机骨架外的有机官能团决定了高分子有机硅分子的表面性能。

经有机硅改性后的超细硫酸钡可广泛用于涂料行业,与涂料物质中的一些组分反应,可提高复合材料的流动性,解决结块和粉尘等问题。常见的有机硅改性剂:硅烷偶联剂、硅表面活性剂、液体硅橡胶、硅树脂等。

2、硫酸钡表面改性工艺

(1)干法改性

干法改性是通过在研磨过程中改性剂和硫酸钡颗粒分散摩擦达到改性目的。将取一定比例的改性剂和产品,在搅拌或研磨过程中,使改性剂包裹在硫酸钡颗粒表面,达到改性效果。这种方法简单、易操作、成本低,但是改性剂覆盖不均匀,结合力弱,改性效果不好。在实际工业生产上,可作为辅助改性方法使用。

(2)原位改性

原位改性是指颗粒的合成和修饰两个过程在反应时同步完成的,即硫酸钡的原位改性,不仅完成了硫酸钡的合成,还包含了对硫酸钡的改性过程。因其原位改性的特点,其改性剂不仅在与硫酸钡粒子结合,还与溶液中游离的Ba2+结合,使得其改性剂不仅包裹在硫酸钡粒子表面,还存在于颗粒之间,抑制颗粒的团聚和生长,使超细颗粒的分散性和疏水性得到提高。

来源:张贝贝. 亚微米级硫酸钡的制备及表面改性研究[D].河北工业大学,2017.

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