重晶石粉体表面改性技术的应用
2020-12-18 17:42:26
重晶石是一种重要的含钡矿物，具有密度大、化学性质和热学性质稳定等特点，其主要的工业应用领域是石油工业和化学工业。在石油工业中主要用于石油和天然气钻井泥浆加重剂；在化学工业上，以重晶石为原料，用于制造各种含钡化工产品，如碳酸钡、硫酸钡、氧化钡、锌钡白(立德粉)。在油漆工业中，重晶石粉填料可以增加漆膜厚度、强度及耐久性。锌钡白颜料也用于制造白色油漆，在室内使用比锌白、铅白具有更多的优点。油漆工业用的重晶石要求粒度2μｍ的含量和白度都大于90%；在橡胶和塑料工业，用重晶石作填料，能提高橡胶和塑料的硬度、耐磨性及耐老化性。
但是，无机矿物粉体材料与有机聚合物在化学结构和物理形态上存在着显著的差异，两者的表面性质不同，导致其相容性和亲和性有较大的差异。重晶石用作填料时，很难均匀分散于有机聚合物中而影响复合材料的机械性能，并难以发挥无机填料的功能性、表面活性和小尺寸等优良特性。因此，要对重晶石粉体进行表面改性处理，可以选用适宜的改性剂作用于重晶石表面，提高改性材料的物理力学性能，使重晶石粉体有更广泛的应用。
无机矿物粉体表面改性，主要是利用通过化学改性剂在矿物粉体表面吸附、包覆来实现。通过某些带有两性基团亲油和亲水基团的小分子或者高分子化合物对进行符合的两种物质中的一种或两种进行表面改性，通过化学反应或物理包覆使矿物表面由亲水性变为疏水性，增强与有机高聚物的相容性、亲和力，并提高分散性，从而使得有机物与无机物两种物质更好地结合在一起。
在重晶石粉体的表面改性中应用较广的有表面涂覆改性、沉淀反应改性、机械化学改性和表面化学改性，其中表面化学改性是最广泛和常用的改性方法。
表面化学改性剂
改性粉体的表面改性剂也称作活化剂，它能与重晶石表面起作用。其一端通过化学键力、极性与极性间亲和力等的综合作用结合到重晶石表面，其中主要是化学吸附作用。所选用的改性剂应该是一类具有一个以上能与矿物粉体表面作用的官能团和一个以上能与有机聚合物基结合的基团。活化剂对矿物的表面改性处理具有决定性作用，它往往都有其特定的应用背景或应用领域。因此，选用表面改性剂必须考虑被处理物料的应用对象，由于矿物粉体表面改性后涉及的应用领域广泛，表面改性剂的种类也多种多样。表面改性剂可以分为无机改性剂和有机改性剂两大类。无机改性剂主要指一些无机颜料，通过一些化学反应沉积或镀膜到矿物粉体表面，形成装饰性涂层。有机表面改性剂的种类很多，主要包括偶联剂、表面活性剂、聚合物类以及各种树脂类（见下表）。
以上几类改性剂中，偶联剂、表面活性剂和树脂类改性剂均在重晶石粉体表面改性中得到了较好的应用，能很好地包覆在重晶石粉体的表面，形成牢固的包膜，与有机质漆料具有很好的亲和性，不仅能防止重晶石粉沉底结块，而且能增加(或不影响)漆膜的光泽、柔韧度和附着力。
改性后，硬脂酸能均匀的包覆在重晶石超细粉表面，形成牢固的包膜，与有机质漆料具有很好的亲和性；其次，表面张力显著减小，与有机质油漆有良好的相容性，遮盖力得到改善。添加到油漆中，可以增加漆膜厚度、强度及耐久性。
由硅烷偶联剂进行表面改性的重晶石超细粉体作为高分子材料的填料，与材料有良好的相容性和亲和力，均匀分布在基体中，可使填充体系的强度、模量均有明显的提高，改性效果良好，被广泛应用于塑料、橡胶、电线电缆、医药、涂料、油漆、日用化工等行业中。
另外，改性重晶石超细粉体和有机高聚物具有良好的相容性、亲和力，可均匀分散在基体中；在单面铜版纸、涂料、油漆中可以代替价格昂贵的沉淀硫酸钡，降低生产成本。采用其它改性剂对重晶石粉体改性仍有很大的前景，仍需运用更高技术手段和方法不断探索开发。