يتميز الباريت بكثافة عالية، وخصائص كيميائية مستقرة، وعدم سميته، وامتصاصه القوي للإشعاع، وهو مستخدم على نطاق واسع. وقد أصبح تعديل سطحه وسيلة مهمة لتحسين أدائه وتوسيع نطاق تطبيقاته.
الباريت مورد غير متجدد. المكون الرئيسي للباريت هو BaSO₄. بالمقارنة مع تركيبه النظري، يحتوي الباريت الطبيعي أيضًا على كميات صغيرة من Sr وPb وCa نتيجةً لاستبداله المتماثل. الباريت معدن كبريتات ذو نظام بلوري معيني الشكل. خصائصه الفيزيائية والكيميائية مستقرة نسبيًا. يصعب ذوبانه في الماء وحمض الهيدروكلوريك. يتميز بكثافة عالية، وقابلية تعبئة جيدة، وعدم سميته، وعدم مغناطيسيته، وامتصاصه القوي للإشعاع، وخصائصه البصرية الجيدة. وهو منتج كيميائي غير عضوي مهم، ويُستخدم على نطاق واسع في صناعات البتروكيماويات، ومواد البناء، والبلاستيك، والطلاء، والمطاط، ووسادات فرامل السيارات، وغيرها.
عند استخدام الباريت كحشو، يُمكنه تحسين أداء المعالجة، والخصائص الفيزيائية، والاستقرار الكيميائي للمواد المركبة غير العضوية/البوليمرية. هذا يُقلل بشكل كبير من كمية الراتنج والتكلفة الإجمالية. ومع ذلك، نظرًا لطبيعته المُحبة للماء، واختلاف خصائص السطح البيني مع مصفوفات البوليمر العضوية، ووجود تأثيرات سطحية، يصعب على الباريت الانتشار بالتساوي في المواد العضوية. هذا الاختلاف في الخصائص الفيزيائية والكيميائية بين الباريت والبوليمر يُمكن أن يؤثر على الأداء العام للمادة المركبة. حاليًا، يُعد تعديل سطح الباريت الحل الأكثر فعالية. هذا يسمح للمُعدِّل بتكوين طبقة امتزاز أو غشاء أحادي الطبقة على سطحه. هذا يُغير خصائص السطح، ويُحسن قابلية الانتشار والتوافق مع المواد العضوية، وهذا يُوسّع نطاق تطبيقه، ويزيد من قيمته المضافة.
دُرِسَ تعديل سطح الباريت واستخداماته كمادة مالئة على نطاق واسع. ما هي طرق تعديل السطح المتاحة؟ وكيف يُمكن اختيار طريقة التعديل المناسبة لتلبية احتياجات أنواع الباريت المختلفة وتطبيقاتها المحددة؟
حاليًا، تشمل طرق تعديل السطح الرئيسية للباريت الطلاء الكيميائي للسطح، والمعالجة الميكانيكية الكيميائية، والترسيب الكيميائي.
1. طريقة الطلاء الكيميائي السطحي
تستخدم طريقة طلاء السطح الكيميائي التفاعلات الكيميائية لطلاء المعدلات بشكل موحد وثابت على أسطح الجسيمات، وبالتالي تغيير خصائص سطح الجسيمات.
استخدم شياو تشين وزملاؤه كبريتات دوديسيل الصوديوم كمُعدِّل. بعد التعديل، تكوّن طلاء على سطح جسيمات الباريت. وجدت الدراسة انخفاضًا كبيرًا في معدل ترسيب الباريت وحجمه في الكيروسين. تغيرت طبيعته من محبة للماء إلى محبة للدهون، مع زيادة زاوية التلامس إلى 150.8 درجة. كما استخدم تشو هونغ وزملاؤه هذه الطريقة لضبط نفور الباريت من الماء. تُحسّن هذه الطريقة من تشتته في الكيروسين وتُقلّل حجم الجسيمات وتكتلها. يُعزى ذلك إلى تفاعل الكاتيونات غير المشبعة على سطح الباريت مع أيونات الستيرات وأوليات الصوديوم، مُشكّلةً طلاءً عضويًا بسلاسل هيدروكربونية طويلة.
يُمتَص مُعَدِّل السطح إما على سطح الباريت أو يتفاعل مع مجموعات الهيدروكسيل السطحية لتكوين روابط كيميائية، مما يُنتج طلاءً عضويًا. يمنع هذا تكتل الجسيمات بفعل التنافر الفراغي أو القوى الكهروستاتيكية، مما يُحسِّن قابلية التشتت. على الرغم من أن هذه الطريقة أكثر تعقيدًا، إلا أنها أكثر فعالية أيضًا. لذلك، ولتمكين التطبيق على نطاق واسع، يلزم تحسين العملية بشكل أكبر وتحسين كفاءة الطلاء.
2. الطريقة الميكانيكية الكيميائية
تعتمد الطريقة الميكانيكية الكيميائية في المقام الأول على القوة الميكانيكية لتنشيط سطح الجسيمات، مما يعزز التفاعلات الكيميائية بين الجسيمات والمُعدِّل، وبالتالي تحقيق طلاء السطح.
استخدم هوانغ شيانغيانغ وآخرون طريقة الطحن بالكرات الرطبة لطحن مُشتت البوليمر ومادة الباريت الخام معًا. تحت تأثير القوة الميكانيكية، انخفض حجم جسيمات المسحوق، وسهّلت مواقع التنشيط على السطح بلمرة المُشتت على سطح الباريت. أدى ذلك إلى تقليل كمية المُبادر المطلوبة، ونتج عنه مسحوق باريت نشط ذو حجم جسيمات دقيق وقابلية تشتت عالية، مما حسّن بشكل كبير قابلية التشتت واستقرار الطلاءات.
نجح تشين يوشوانغ وآخرون في طلاء سطح الباريت بحمض الستياريك باستخدام القوة الميكانيكية لخلاط عالي السرعة. أنتجت تجربتهم مسحوق باريت نشطًا يُمكن استخدامه كبديل لأسود الكربون كمادة تقوية جديدة في المطاط. وخلصت دراستهم إلى أن إضافة كمية مناسبة من الباريت النشط يُحسّن الخواص الميكانيكية لمواد الباريت/المطاط المُركّبة. ويُعزى هذا التحسن إلى قدرة التعديل الميكانيكي الكيميائي على منع تكتل الجسيمات، كما يُحسّن قابلية التشتت والتوافق داخل مصفوفة البوليمر.
قام وانغ وآخرون بتحضير مواد مركبة من الباريت/ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) باستخدام الطحن الرطب الميكانيكي. أظهرت النتائج أن الطاقة الميكانيكية المُطلقة أثناء الطحن الرطب تُعزز طلاء ثاني أكسيد التيتانيوم على سطح الباريت. تأثرت فعالية الطلاء بعوامل مثل سرعة الطحن المشترك ومدته. في ظل الظروف المثلى، وُجد أن خصائص الصبغة لمواد الباريت/ثاني أكسيد التيتانيوم تُضاهي خصائص ثاني أكسيد التيتانيوم النقي.
آلية التعديل الميكانيكي للباريت:
تعتمد هذه الطريقة بشكل أساسي على الطحن فائق الدقة وقوى ميكانيكية مكثفة أخرى لتنشيط الطاقة الحرة السطحية لجسيمات المسحوق عمدًا. يُغير هذا بنية السطح وخصائصه، ويُسبب تشوهًا وخلعًا في الشبكة. كما يُعزز التفاعل مع المُعدّلات، ويُحسّن نشاط المسحوق، ويضمن توزيعًا أكثر اتساقًا للجسيمات، ويُعزز الترابط السطحي مع المصفوفة. عملية التعديل الميكانيكي الكيميائي بسيطة نسبيًا واقتصادية، وقد شهدت بالفعل تطبيقًا عمليًا واسع النطاق.
يُعد هذا المنتج مناسبًا بشكل خاص للباريت ذي أحجام الجسيمات الكبيرة. ومع ذلك، بالنسبة للباريت النانوي، فإن فعالية استخدام طريقة تعديل ميكانيكية كيميائية واحدة محدودة. لذلك، ينبغي أن يركز التطوير المستقبلي على تحسين تجانس التفاعلات بين المسحوق والمُعدِّل. سيؤدي ذلك إلى تقليل الكمية المطلوبة من المُعدِّل، وتعزيز فعالية الطلاء من خلال تقنيات التعديل المشتركة، وإدخال معدات جديدة، مثل مطاحن النفث وخلاطات قرص العسل، لتبسيط العملية، وخفض استهلاك الطاقة، وتعزيز الحفاظ على البيئة.
3. طريقة الترسيب الكيميائي
تتضمن طريقة الترسيب الكيميائي إضافة مُعدّل أو مُرسّب إلى مُعلّق جسيمات، والذي يتفاعل ويترسب على سطح الجسيم. بعد الترسيب، تُستخدم عمليات مثل الغسل والترشيح والتجفيف والتكليس لتكوين طبقة مُتماسكة على سطح الجسيم. تُحسّن هذه الطريقة الخصائص البصرية والكهربائية والمغناطيسية والحرارية للجسيمات.
قام هو شينغهانغ وآخرون بإعداد صبغة مركبة من الباريت وثاني أكسيد التيتانيوم بخلط وتقليب وترشيح وتجفيف وطحن نوعين معدلين من عجينة المسحوق. أظهرت النتائج أنه بعد تنظيم خواصها الكارهة للماء، طُليت سطح الباريت بجسيمات ثاني أكسيد التيتانيوم بالتساوي. أظهرت الصبغة المركبة الناتجة قدرة امتصاص وإخفاء للزيت تُضاهي قدرة ثاني أكسيد التيتانيوم النقي، ويمكن استخدامها كصبغة بديلة.
استخدم تشو وآخرون محلول TiOSO₄ بطريقة الترسيب الكيميائي، حيث شكّل التحلل المائي والترسيب مُركّب تحلل مائي. بعد إزالة الشوائب والتجفيف والتكليس، تم الحصول على جسيمات مُركّبة من الباريت/ثاني أكسيد التيتانيوم. أظهرت الدراسة أن الباريت وثاني أكسيد التيتانيوم يرتبطان بقوة من خلال التفاعلات الكيميائية، مما ينتج عنه مساحيق مُركّبة ذات بنية مُتجانسة وكثيفة، تُظهر خصائص صبغية مُشابهة لثاني أكسيد التيتانيوم.
آلية تعديل الترسيب الكيميائي للباريت:
تعتمد هذه الطريقة بشكل أساسي على تفاعلات كيميائية لترسيب مُعدّلات على سطح جسيمات الباريت، مُشكّلةً طبقة طلاء واحدة أو أكثر. يُقلل الطلاء من النشاط السطحي للجسيمات، ويمنع التكتل، ويُحسّن قابلية تشتت الباريت واستقراره في مختلف الأوساط. تُناسب هذه الطريقة بشكل خاص مُعدّلات السطح غير العضوية. ومع ذلك، يصعب التحكم في عملية التفاعل، ويظل الحصول على طلاء متجانس تحديًا. لذلك، هناك حاجة إلى مزيد من البحث لاستكشاف مُعاملات العملية والآليات الأساسية التي تؤثر على تجانس الترسيب، بهدف تحسين إمكانية التحكم في العملية.
من بين طرق تعديل سطح الباريت الثلاث، تتضمن طريقة طلاء السطح الكيميائي عملية معقدة نسبيًا. تُناسب الطريقة الميكانيكية الكيميائية الباريت ذي الأحجام الجسيمية الأكبر بشكل أساسي. تواجه طريقة الترسيب الكيميائي تحديات في التحكم بالعملية. ونتيجةً لذلك، تبرز طرق تعديل المركبات - التي تجمع بين تقنيات متعددة - كتوجه تطوير واعد، إذ يمكنها تعويض قيود كل عملية تعديل على حدة.
نبذة عن Epic Powder
باعتبارها علامة تجارية راسخة في الصناعة، آلات مسحوق ملحمة ملتزمون بالتركيز على رضا العملاء، والجودة، والابتكار. نحن شريككم الموثوق لتحقيق النجاح على المدى الطويل.
اختر Epic Powder للحصول على حلول معالجة المساحيق الفعالة والموفرة للطاقة والصديقة للبيئة!
اتصل بنا لمعرفة المزيد عن منتجاتنا!
