Bariet heeft de voordelen van een hoge dichtheid, stabiele chemische eigenschappen, is niet giftig en absorbeert sterk straling, en wordt al veel gebruikt. Oppervlaktemodificatie is een belangrijk middel geworden om de prestaties te verbeteren en het toepassingsbereik uit te breiden.
Bariet is een niet-hernieuwbare grondstof. Het hoofdbestanddeel van bariet is BaSO₄. Vergeleken met de theoretische samenstelling bevat natuurlijk bariet ook kleine hoeveelheden Sr, Pb en Ca als gevolg van isomorfe substitutie. Bariet is een sulfaatmineraal met een orthorombisch kristalsysteem. De fysische en chemische eigenschappen zijn relatief stabiel. Het is moeilijk oplosbaar in water en zoutzuur. Het heeft de voordelen van een hoge dichtheid, een goed vulvermogen, niet-toxisch, niet-magnetisch, sterke stralingsabsorptie en goede optische eigenschappen. Het is een belangrijk anorganisch chemisch product en wordt veel gebruikt in onder andere de petrochemische, bouwmaterialen-, kunststof-, coating-, rubber- en remvoeringindustrie voor auto's.
Wanneer bariet als vulstof wordt gebruikt, kan het de verwerkingsprestaties, fysische eigenschappen en chemische stabiliteit van anorganische/polymeercomposieten verbeteren. Dit verlaagt de hoeveelheid hars en de totale kosten aanzienlijk. Door de hydrofiele aard van bariet, het verschil in grensvlakeigenschappen met organische polymeermatrices en de aanwezigheid van oppervlakte-effecten, is het echter moeilijk voor bariet om gelijkmatig te dispergeren in organische materialen. Dit verschil in fysische en chemische eigenschappen tussen bariet en het polymeer kan de algehele prestaties van het composietmateriaal beïnvloeden. Momenteel is de meest effectieve oplossing oppervlaktemodificatie van bariet. Dit stelt een modificator in staat om een adsorptielaag of monolaagfilm op zijn oppervlak te vormen. Dit verandert de oppervlakte-eigenschappen, verbetert de dispergeerbaarheid en compatibiliteit met organische materialen. Dit vergroot het toepassingsbereik en verhoogt de toegevoegde waarde van het product.
De oppervlaktemodificatie van bariet en de toepassing ervan als vulstof zijn uitgebreid onderzocht. Welke methoden voor oppervlaktemodificatie zijn er beschikbaar? Hoe kiest men een geschikte modificatiemethode die voldoet aan de behoeften van verschillende soorten bariet en hun specifieke toepassingen?
De belangrijkste methoden voor oppervlaktemodificatie van bariet zijn momenteel chemische oppervlaktecoating, mechanochemische behandeling en chemische afzetting.
1. Oppervlaktechemische coatingmethode
Bij de chemische oppervlaktecoatingmethode worden chemische interacties gebruikt om modificatoren op een uniforme en stabiele manier op het oppervlak van deeltjes aan te brengen, waardoor de oppervlakte-eigenschappen van de deeltjes veranderen.
Xiao Qin et al. gebruikten natriumdodecylsulfaat als modificator. Na modificatie vormde zich een coating op het oppervlak van de barietdeeltjes. Uit het onderzoek bleek dat de sedimentatiesnelheid en het volume van bariet in kerosine sterk verminderden. De aard veranderde van hydrofiel naar lipofiel, waarbij de contacthoek toenam tot 150,8°. Zhou Hong et al. gebruikten deze methode ook om de hydrofobiciteit van bariet aan te passen. De methode verbetert de dispergeerbaarheid in kerosine en vermindert de deeltjesgrootte en agglomeratie. Dit werd toegeschreven aan de reactie van onverzadigde kationen op het barietoppervlak met stearaat- en natriumoleaationen, waardoor een organische coating met lange koolwaterstofketens ontstond.
De oppervlaktemodifier wordt geadsorbeerd aan het oppervlak van bariet of reageert met hydroxylgroepen aan het oppervlak om chemische bindingen te vormen, wat resulteert in een organische coating. Dit voorkomt deeltjesagglomeratie door sterische afstoting of elektrostatische krachten, waardoor de dispergeerbaarheid wordt verbeterd. Hoewel deze methode complexer is, is ze ook effectiever. Om grootschalige toepassing mogelijk te maken, zijn daarom verdere procesoptimalisatie en verbeteringen in de coatingefficiëntie noodzakelijk.
2. Mechanochemische methode
Bij de mechanochemische methode wordt hoofdzakelijk gebruik gemaakt van mechanische kracht om het oppervlak van de deeltjes te activeren. Hierdoor worden chemische reacties tussen de deeltjes en de modificator gestimuleerd en ontstaat er een oppervlaktecoating.
Huang Xiangyang et al. pasten de natte kogelmaalmethode toe om het polymeerdispergeermiddel en de barietgrondstof samen te malen. Onder mechanische druk nam de deeltjesgrootte van het poeder af en de activeringsplaatsen op het oppervlak vergemakkelijkten de polymerisatie van het dispergeermiddel op het barietoppervlak. Dit verminderde de benodigde hoeveelheid initiator en resulteerde in een actief barietpoeder met een fijne deeltjesgrootte en een hoge dispergeerbaarheid, wat de dispergeerbaarheid en stabiliteit van de coatings aanzienlijk verbeterde.
Chen Youshuang et al. hebben met succes stearinezuur op het oppervlak van bariet aangebracht met behulp van de mechanische kracht van een hogesnelheidsmenger. Hun experiment leverde actief barietpoeder op dat roet kan vervangen als nieuw versterkingsmateriaal in rubber. Uit hun onderzoek bleek dat de toevoeging van een geschikte hoeveelheid actief bariet de mechanische eigenschappen van bariet/rubbercomposieten verbeterde. Deze verbetering wordt toegeschreven aan het vermogen van de mechanochemische modificatie om deeltjesagglomeratie te voorkomen. Het verbetert ook de dispergeerbaarheid en compatibiliteit binnen de polymeermatrix.
Wang et al. bereidden bariet/TiO₂-composieten door middel van mechanochemisch nat slijpen. De resultaten toonden aan dat de mechanische energie die vrijkomt tijdens het nat slijpen de coating van titaandioxide op het barietoppervlak bevorderde. De effectiviteit van de coating werd beïnvloed door factoren zoals de snelheid en duur van het slijpen. Onder optimale omstandigheden bleken de pigmenteigenschappen van de bariet/TiO₂-composieten vergelijkbaar te zijn met die van zuiver TiO₂.
Mechanisme van mechanochemische modificatie van bariet:
Deze methode maakt voornamelijk gebruik van ultrafijn slijpen en andere intense mechanische krachten om de oppervlaktevrije energie van poederdeeltjes doelbewust te activeren. Dit verandert de oppervlaktestructuur en -eigenschappen, veroorzaakt roostervervorming en dislocatie. Het verbetert de reactiviteit met modificatoren, verbetert de poederactiviteit, zorgt voor een gelijkmatigere deeltjesverdeling en versterkt de grensvlakbinding met de matrix. Het mechanochemische modificatieproces is relatief eenvoudig en kosteneffectief en kent al brede praktische toepassing.
Het is met name geschikt voor bariet met grotere deeltjesgroottes. Voor nanobariet is de effectiviteit van één mechanochemische modificatiemethode echter beperkt. Toekomstige ontwikkelingen zouden zich daarom moeten richten op het verbeteren van de uniformiteit van de interacties tussen poeder en modifier. Dit vermindert de benodigde hoeveelheid modifier, verbetert de effectiviteit van de coating door gecombineerde modificatietechnieken en introduceert nieuwe apparatuur, zoals straalmolens en honingraatmixers, om het proces te vereenvoudigen, het energieverbruik te verlagen en de milieuvriendelijkheid te vergroten.
3. Chemische afzettingsmethode
De chemische depositiemethode omvat het toevoegen van een modificator of precipitant aan een deeltjessuspensie, die reageert en neerslaat op het deeltjesoppervlak. Na de neerslag worden processen zoals wassen, filtreren, drogen en calcineren gebruikt om een stevige coating op het deeltjesoppervlak te vormen. Deze methode verbetert de optische, elektrische, magnetische en thermische eigenschappen van de deeltjes.
Hu Xinghang et al. bereidden een bariet/titaniumdioxide composietpigment door twee gemodificeerde poederslurries te mengen, roeren, filteren, drogen en malen. De resultaten toonden aan dat na hydrofobe regulatie het barietoppervlak gelijkmatig bedekt was met TiO₂-deeltjes. Het resulterende composietpigment vertoonde een olie-absorptievermogen en dekkracht die vergelijkbaar waren met die van puur titaniumdioxide en kon als vervangend pigment worden gebruikt.
Zhou et al. gebruikten een TiOSO₄-oplossing in een chemische precipitatiemethode, waarbij hydrolyse en precipitatie een hydrolysecomplex vormden. Na verwijdering van onzuiverheden, drogen en calcineren werden bariet/TiO₂-composietdeeltjes verkregen. De studie toonde aan dat bariet en TiO₂ sterk verbonden waren door chemische interacties. Dit resulteerde in composietpoeders met een uniforme en dichte structuur, met pigmenteigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van TiO₂.
Mechanisme van chemische depositiemodificatie van bariet:
Deze methode is voornamelijk gebaseerd op chemische reacties om modificatoren af te zetten op het oppervlak van barietdeeltjes, waardoor één of meer coatinglagen ontstaan. De coating vermindert de oppervlakteactiviteit van de deeltjes, voorkomt agglomeratie en verbetert de dispergeerbaarheid en stabiliteit van bariet in verschillende media. Deze methode is met name geschikt voor anorganische oppervlaktemodificatoren. Het reactieproces is echter moeilijk te controleren en het bereiken van een uniforme coating blijft een uitdaging. Daarom is verder onderzoek nodig om de procesparameters en onderliggende mechanismen te verkennen die de uniformiteit van de depositie beïnvloeden, met als doel de beheersbaarheid van het proces te verbeteren.
Van de drie oppervlaktemodificatiemethoden voor bariet is de chemische oppervlaktecoatingmethode een relatief complex proces. De mechanochemische methode is vooral geschikt voor bariet met grotere deeltjesgroottes. De chemische depositiemethode kent uitdagingen op het gebied van procesbeheersing. Composietmodificatiemethoden – die meerdere technieken combineren – ontpoppen zich daarom als een veelbelovende ontwikkelingsrichting. Ze kunnen de beperkingen van individuele modificatieprocessen compenseren.
Over Epic Powder
Als een gevestigd merk in de industrie, Epische poedermachines streeft naar klantgerichtheid, kwaliteit en innovatie. Wij zijn uw betrouwbare partner voor succes op de lange termijn.
Kies Epic Powder voor efficiënte, energiebesparende en milieuvriendelijke poederverwerkingsoplossingen!
Neem contact met ons op voor meer informatie over onze producten!
