Барит обладает такими преимуществами, как высокая плотность, стабильные химические свойства, нетоксичность и сильное поглощение излучения, и широко используется. Модификация поверхности стала важным средством улучшения его характеристик и расширения области его применения.
Барит является невозобновляемым ресурсом. Основным компонентом барита является BaSO₄. По сравнению с его теоретическим составом, природный барит также содержит небольшие количества Sr, Pb и Ca из-за изоморфного замещения. Барит является сульфатным минералом с орторомбической кристаллической системой. Его физические и химические свойства относительно стабильны. Он трудно растворяется в воде и соляной кислоте. Он обладает такими преимуществами, как высокая плотность, хорошая заполняющая способность, нетоксичность, немагнетизм, сильное поглощение излучения и хорошие оптические свойства. Это важный неорганический химический продукт, который широко используется в нефтехимической промышленности, производстве строительных материалов, пластмасс, покрытий, резины и автомобильных тормозных колодок, среди прочего.
При использовании барита в качестве наполнителя он может улучшить производительность обработки, физические свойства и химическую стабильность неорганических/полимерных композитных материалов. Это значительно снижает количество смолы и общую стоимость. Однако из-за гидрофильной природы барита, разницы в межфазных свойствах с органическими полимерными матрицами и наличия поверхностных эффектов бариту трудно равномерно диспергироваться в органических материалах. Эта разница в физических и химических свойствах между баритом и полимером может повлиять на общую производительность композитного материала. В настоящее время наиболее эффективным решением является поверхностная модификация барита. Это позволяет модификатору образовывать адсорбционный слой или монослойную пленку на его поверхности. Это изменяет поверхностные свойства, улучшает диспергируемость и совместимость с органическими материалами. И это расширяет область его применения и увеличивает добавленную стоимость продукта.
Поверхностная модификация барита и его применение в качестве наполнителя широко изучены. Каковы доступные методы поверхностной модификации? Как выбрать подходящий метод модификации, отвечающий потребностям различных типов барита и их конкретным применениям?
В настоящее время основными методами модификации поверхности барита являются химическое покрытие поверхности, механохимическая обработка и химическое осаждение.
1. Метод химического покрытия поверхности
Метод нанесения поверхностного химического покрытия использует химические взаимодействия для равномерного и стабильного нанесения модификаторов на поверхности частиц, тем самым изменяя поверхностные свойства частиц.
Сяо Цинь и др. использовали додецилсульфат натрия в качестве модификатора. После модификации на поверхности частиц барита образовалось покрытие. Исследование показало, что скорость седиментации и объем барита в керосине значительно снизились. Его природа изменилась с гидрофильной на липофильную, при этом угол контакта увеличился до 150,8°. Чжоу Хун и др. также использовали этот метод для регулировки гидрофобности барита. Метод улучшает его диспергируемость в керосине и уменьшает размер частиц и агломерацию. Это было связано с реакцией ненасыщенных катионов на поверхности барита с ионами стеарата и олеата натрия, образуя органическое покрытие с длинными углеводородными цепями.
Модификатор поверхности либо адсорбируется на поверхности барита, либо реагирует с поверхностными гидроксильными группами, образуя химические связи, что приводит к образованию органического покрытия. Это предотвращает агломерацию частиц посредством стерического отталкивания или электростатических сил, тем самым улучшая диспергируемость. Хотя этот метод более сложен, он также более эффективен. Поэтому для обеспечения крупномасштабного применения необходимы дальнейшая оптимизация процесса и повышение эффективности покрытия.
2. Механохимический метод
Механохимический метод в первую очередь использует механическую силу для активации поверхности частиц, способствуя химическим реакциям между частицами и модификатором, тем самым достигая покрытия поверхности.
Хуан Сяньян и др. применили метод мокрой шаровой мельницы для измельчения полимерного диспергатора и баритового сырья вместе. Под действием механической силы размер частиц порошка уменьшился, а активационные участки на поверхности облегчили полимеризацию диспергатора на поверхности барита. Это уменьшило количество необходимого инициатора и привело к получению активного баритового порошка с мелким размером частиц и высокой диспергируемостью, что значительно улучшило диспергируемость и стабильность покрытий.
Чэнь Юшуан и др. успешно нанесли стеариновую кислоту на поверхность барита, используя механическую силу высокоскоростного смесителя. В результате их эксперимента был получен активный порошок барита, который может заменить технический углерод в качестве нового армирующего материала в резине. Их исследование показало, что включение соответствующего количества активного барита улучшило механические свойства композитов барит/резина. Это улучшение объясняется способностью механохимической модификации предотвращать агломерацию частиц. Она также улучшает диспергируемость и совместимость в полимерной матрице.
Ван и др. подготовили композитные материалы барит/TiO₂ посредством механохимического мокрого измельчения. Результаты показали, что механическая энергия, высвобождаемая во время мокрого измельчения, способствовала нанесению покрытия из диоксида титана на поверхность барита. Эффективность покрытия зависела от таких факторов, как скорость и продолжительность совместного измельчения. При оптимальных условиях пигментные свойства композитов барит/TiO₂ оказались сопоставимыми со свойствами чистого TiO₂.
Механизм механохимической модификации барита:
Этот метод в основном опирается на сверхтонкое измельчение и другие интенсивные механические силы для преднамеренной активации поверхностной свободной энергии частиц порошка. Это изменяет структуру и свойства поверхности, вызывает искажение решетки и дислокацию. Он повышает реакционную способность с модификаторами, улучшает активность порошка, обеспечивает более равномерное распределение частиц и усиливает межфазную связь с матрицей. Процесс механохимической модификации относительно прост и экономически эффективен, и он уже нашел широкое практическое применение.
Он особенно подходит для барита с более крупными размерами частиц. Однако для наноразмерного барита эффективность использования одного метода механохимической модификации ограничена. Поэтому будущие разработки должны быть направлены на улучшение однородности взаимодействия между порошком и модификатором. Это позволит уменьшить необходимое количество модификатора, повысить эффективность покрытия за счет комбинированных методов модификации и внедрить новое оборудование. Например, струйные мельницы и сотовые смесители — для упрощения процесса, снижения энергопотребления и повышения экологичности.
3. Метод химического осаждения
Метод химического осаждения включает добавление модификатора или осадителя к суспензии частиц, который реагирует и осаждается на поверхности частиц. После осаждения используются такие процессы, как промывка, фильтрация, сушка и прокаливание, для прочного формирования покрытия на поверхности частиц. Этот метод улучшает оптические, электрические, магнитные и термические свойства частиц.
Ху Синхан и др. приготовили композитный пигмент барит/диоксид титана путем смешивания, перемешивания, фильтрации, сушки и измельчения двух модифицированных порошковых суспензий. Результаты показали, что после гидрофобного регулирования поверхность барита была равномерно покрыта частицами TiO₂. Полученный композитный пигмент продемонстрировал маслопоглощение и укрывистость, сопоставимые с чистым диоксидом титана, и мог использоваться в качестве заменяющего пигмента.
Чжоу и др. использовали раствор TiOSO₄ в методе химического осаждения, где гидролиз и осаждение образовывали гидролизный комплекс. После удаления примесей, сушки и прокаливания были получены композитные частицы барит/TiO₂. Исследование показало, что барит и TiO₂ были прочно связаны посредством химических взаимодействий. Это приводит к получению композитных порошков с однородной и плотной структурой, демонстрирующих пигментные свойства, аналогичные TiO₂.
Механизм модификации барита химическим осаждением:
Этот метод в основном основан на химических реакциях для нанесения модификаторов на поверхность частиц барита, образуя один или несколько слоев покрытия. Покрытие снижает поверхностную активность частиц, предотвращает агломерацию и улучшает диспергируемость и стабильность барита в различных средах. Этот метод особенно подходит для неорганических модификаторов поверхности. Однако процесс реакции трудно контролировать, и достижение равномерного покрытия остается проблемой. Поэтому необходимы дальнейшие исследования для изучения параметров процесса и основных механизмов, которые влияют на однородность осаждения, с целью повышения управляемости процесса.
Среди трех методов модификации поверхности барита метод химического покрытия поверхности включает относительно сложный процесс. Механохимический метод в основном подходит для барита с более крупными размерами частиц. Метод химического осаждения сталкивается с трудностями в управлении процессом. В результате композитные методы модификации, которые объединяют несколько методов, становятся перспективным направлением развития. Они могут компенсировать ограничения отдельных процессов модификации.
О Epic Powder
Как хорошо зарекомендовавший себя бренд в отрасли, Эпическая Порошковая Машина стремится к клиентоориентированности, качеству и инновациям. Мы ваш надежный партнер для долгосрочного успеха.
Выбирайте Epic Powder для эффективных, энергосберегающих и экологически чистых решений по переработке порошков!
Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о нашей продукции!
