Barit có ưu điểm là mật độ cao, tính chất hóa học ổn định, không độc hại, hấp thụ bức xạ mạnh và đã được sử dụng rộng rãi. Việc biến đổi bề mặt đã trở thành một phương tiện quan trọng để cải thiện hiệu suất và mở rộng phạm vi ứng dụng của nó.
Barit là một nguồn tài nguyên không tái tạo. Thành phần chính của barit là BaSO₄. So với thành phần lý thuyết của nó, barit tự nhiên cũng chứa một lượng nhỏ Sr, Pb và Ca do sự thay thế đồng hình. Barit là một khoáng chất sunfat có hệ tinh thể trực thoi. Các tính chất vật lý và hóa học của nó tương đối ổn định. Nó khó hòa tan trong nước và axit clohydric. Nó có những ưu điểm là mật độ cao, khả năng làm đầy tốt, không độc hại, không từ tính, hấp thụ bức xạ mạnh và các tính chất quang học tốt. Nó là một sản phẩm hóa học vô cơ quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hóa dầu, vật liệu xây dựng, nhựa, sơn phủ, cao su và má phanh ô tô, trong số những ngành khác.
Khi barit được sử dụng làm chất độn, nó có thể cải thiện hiệu suất xử lý, tính chất vật lý và độ ổn định hóa học của vật liệu composite vô cơ/polyme. Điều này làm giảm đáng kể lượng nhựa và tổng chi phí. Tuy nhiên, do bản chất ưa nước của barit, sự khác biệt về tính chất giao diện với các nền polyme hữu cơ và sự hiện diện của các hiệu ứng bề mặt. Barit khó phân tán đều trong các vật liệu hữu cơ. Sự khác biệt về tính chất vật lý và hóa học giữa barit và polyme này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của vật liệu composite. Hiện nay, giải pháp hiệu quả nhất là biến tính bề mặt barit. Điều này cho phép chất biến tính hình thành lớp hấp phụ hoặc màng đơn lớp trên bề mặt của nó. Điều này làm thay đổi các tính chất bề mặt, cải thiện khả năng phân tán và khả năng tương thích với các vật liệu hữu cơ. Và điều này mở rộng phạm vi ứng dụng của nó và làm tăng giá trị gia tăng của sản phẩm.
Việc biến tính bề mặt của barit và ứng dụng của nó như một chất độn đã được nghiên cứu rộng rãi. Các phương pháp biến tính bề mặt có sẵn là gì? Làm thế nào để có thể chọn một phương pháp biến tính phù hợp để đáp ứng nhu cầu của các loại barit khác nhau và các ứng dụng cụ thể của chúng?
Hiện nay, các phương pháp biến tính bề mặt chính cho barit bao gồm phủ hóa chất bề mặt, xử lý cơ hóa học và lắng đọng hóa học.
1. Phương pháp phủ hóa chất bề mặt
Phương pháp phủ hóa chất bề mặt sử dụng các tương tác hóa học để phủ các chất biến tính đồng đều và ổn định lên bề mặt hạt, do đó làm thay đổi các đặc tính bề mặt của hạt.
Xiao Qin và cộng sự đã sử dụng natri dodecyl sulfat làm chất biến tính. Sau khi biến tính, một lớp phủ hình thành trên bề mặt các hạt barit. Nghiên cứu phát hiện ra rằng tốc độ lắng đọng và thể tích barit trong dầu hỏa đã giảm đáng kể. Bản chất của nó thay đổi từ ưa nước sang ưa dầu, với góc tiếp xúc tăng lên 150,8°. Zhou Hong và cộng sự cũng sử dụng phương pháp này để điều chỉnh tính kỵ nước của barit. Phương pháp này cải thiện khả năng phân tán của nó trong dầu hỏa và giảm kích thước hạt và sự kết tụ. Điều này được cho là do phản ứng của các cation không bão hòa trên bề mặt barit với các ion stearat và natri oleat, tạo thành một lớp phủ hữu cơ có chuỗi hydrocarbon dài.
Chất điều chỉnh bề mặt được hấp phụ lên bề mặt barit hoặc phản ứng với các nhóm hydroxyl bề mặt để tạo thành liên kết hóa học, tạo thành lớp phủ hữu cơ. Điều này ngăn ngừa sự kết tụ hạt thông qua lực đẩy lập thể hoặc lực tĩnh điện, do đó cải thiện khả năng phân tán. Mặc dù phương pháp này phức tạp hơn, nhưng nó cũng hiệu quả hơn. Do đó, để có thể ứng dụng trên quy mô lớn, cần phải tối ưu hóa quy trình hơn nữa và cải thiện hiệu quả lớp phủ.
2. Phương pháp cơ học hóa học
Phương pháp cơ hóa học chủ yếu sử dụng lực cơ học để kích hoạt bề mặt hạt, thúc đẩy phản ứng hóa học giữa các hạt và chất biến tính, do đó đạt được lớp phủ bề mặt.
Huang Xiangyang và cộng sự đã áp dụng phương pháp nghiền bi ướt để nghiền chất phân tán polyme và nguyên liệu barit cùng nhau. Dưới tác dụng của lực cơ học, kích thước hạt của bột giảm đi và các vị trí hoạt hóa trên bề mặt tạo điều kiện cho quá trình trùng hợp chất phân tán trên bề mặt barit. Điều này làm giảm lượng chất khởi tạo cần thiết và tạo ra bột barit hoạt tính có kích thước hạt mịn và độ phân tán cao, cải thiện đáng kể độ phân tán và độ ổn định của lớp phủ.
Chen Youshuang và cộng sự đã phủ thành công axit stearic lên bề mặt barit bằng lực cơ học của máy trộn tốc độ cao. Thí nghiệm của họ tạo ra bột barit hoạt tính có thể thay thế cacbon đen làm vật liệu gia cố mới trong cao su. Nghiên cứu của họ phát hiện ra rằng việc kết hợp một lượng barit hoạt tính thích hợp đã cải thiện các tính chất cơ học của vật liệu composite barit/cao su. Sự cải thiện này là do khả năng ngăn ngừa sự kết tụ hạt của quá trình biến đổi cơ học hóa học. Nó cũng cải thiện khả năng phân tán và tương thích trong ma trận polyme.
Wang và cộng sự đã chế tạo vật liệu composite barit/TiO₂ thông qua quá trình nghiền ướt cơ học hóa học. Kết quả cho thấy năng lượng cơ học được giải phóng trong quá trình nghiền ướt thúc đẩy quá trình phủ titan dioxit lên bề mặt barit. Hiệu quả phủ chịu ảnh hưởng của các yếu tố như tốc độ và thời gian nghiền đồng thời. Trong điều kiện tối ưu, các đặc tính sắc tố của vật liệu composite barit/TiO₂ được phát hiện là tương đương với các đặc tính của TiO₂ nguyên chất.
Cơ chế biến đổi cơ học hóa học của Barit:
Phương pháp này chủ yếu dựa vào quá trình nghiền siêu mịn và các lực cơ học mạnh khác để cố ý kích hoạt năng lượng tự do bề mặt của các hạt bột. Điều này làm thay đổi cấu trúc và tính chất bề mặt, gây ra sự biến dạng và trật khớp mạng. Nó tăng cường khả năng phản ứng với các chất điều chỉnh, cải thiện hoạt động của bột, đảm bảo phân phối hạt đồng đều hơn và tăng cường liên kết giao diện với ma trận. Quá trình điều chỉnh cơ học hóa học tương đối đơn giản và tiết kiệm chi phí, và nó đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Nó đặc biệt phù hợp với barit có kích thước hạt lớn hơn. Tuy nhiên, đối với barit kích thước nano, hiệu quả của việc sử dụng một phương pháp biến tính cơ hóa học duy nhất là hạn chế. Do đó, phát triển trong tương lai nên tập trung vào việc cải thiện tính đồng nhất của các tương tác giữa bột và chất biến tính. Điều này làm giảm lượng chất biến tính cần thiết, tăng cường hiệu quả phủ thông qua các kỹ thuật biến tính kết hợp và giới thiệu thiết bị mới. Chẳng hạn như máy nghiền phản lực và máy trộn tổ ong—để đơn giản hóa quy trình, giảm mức tiêu thụ năng lượng và tăng cường tính thân thiện với môi trường.
3. Phương pháp lắng đọng hóa học
Phương pháp lắng đọng hóa học bao gồm việc thêm chất điều chỉnh hoặc chất kết tủa vào huyền phù hạt, phản ứng và kết tủa trên bề mặt hạt. Sau khi kết tủa, các quy trình như rửa, lọc, sấy và nung được sử dụng để tạo thành lớp phủ chắc chắn trên bề mặt hạt. Phương pháp này tăng cường các đặc tính quang học, điện, từ và nhiệt của các hạt.
Hu Xinghang và cộng sự đã chuẩn bị một loại bột màu hỗn hợp barit/titanium dioxide bằng cách trộn, khuấy, lọc, sấy và nghiền hai hỗn hợp bột đã biến tính. Kết quả cho thấy sau khi điều chỉnh kỵ nước, bề mặt barit được phủ đều bằng các hạt TiO₂. Bột màu hỗn hợp thu được có khả năng hấp thụ dầu và che phủ tương đương với titanium dioxide nguyên chất và có thể được sử dụng làm bột màu thay thế.
Zhou và cộng sự đã sử dụng dung dịch TiOSO₄ trong phương pháp kết tủa hóa học, trong đó thủy phân và kết tủa tạo thành phức hợp thủy phân. Sau khi loại bỏ tạp chất, sấy khô và nung, thu được các hạt hỗn hợp barit/TiO₂. Nghiên cứu phát hiện ra rằng barit và TiO₂ liên kết chặt chẽ thông qua tương tác hóa học. Kết quả là tạo ra bột hỗn hợp có cấu trúc đồng nhất và đặc, thể hiện các đặc tính sắc tố tương tự như TiO₂.
Cơ chế lắng đọng hóa học của sự biến đổi Barit:
Phương pháp này chủ yếu dựa vào các phản ứng hóa học để lắng đọng các chất điều chỉnh lên bề mặt các hạt barit, tạo thành một hoặc nhiều lớp phủ. Lớp phủ làm giảm hoạt động bề mặt của các hạt, ngăn ngừa sự kết tụ và cải thiện khả năng phân tán và độ ổn định của barit trong nhiều môi trường khác nhau. Phương pháp này đặc biệt phù hợp với các chất điều chỉnh bề mặt vô cơ. Tuy nhiên, quá trình phản ứng khó kiểm soát và việc đạt được lớp phủ đồng nhất vẫn là một thách thức. Do đó, cần nghiên cứu thêm để khám phá các thông số quy trình và cơ chế cơ bản ảnh hưởng đến tính đồng nhất của quá trình lắng đọng, với mục tiêu tăng cường khả năng kiểm soát của quy trình.
Trong ba phương pháp biến tính bề mặt cho barit, phương pháp phủ bề mặt hóa học liên quan đến một quy trình tương đối phức tạp. Phương pháp cơ học hóa học chủ yếu phù hợp với barit có kích thước hạt lớn hơn. Phương pháp lắng đọng hóa học gặp phải những thách thức trong việc kiểm soát quy trình. Do đó, các phương pháp biến tính tổng hợp—kết hợp nhiều kỹ thuật—đang nổi lên như một hướng phát triển đầy hứa hẹn. Chúng có thể bù đắp cho những hạn chế của từng quy trình biến tính riêng lẻ.
Giới thiệu về Epic Powder
Là một thương hiệu có uy tín trong ngành, Máy móc bột Epic cam kết lấy khách hàng làm trọng tâm, chất lượng và đổi mới. Chúng tôi là đối tác đáng tin cậy của bạn cho thành công lâu dài.
Hãy chọn Epic Powder để có giải pháp xử lý bột hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường!
Hãy liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu thêm về sản phẩm!
