湿法绢云母粉(【技术】重晶石粉3大类表面改性方法及研究进展)

Posted 2023-06-01

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湿法绢云母粉(【技术】重晶石粉3大类表面改性方法及研究进展)

2023年粉体表面改性技术培训交流会将于4月1-2日在江苏南京举行，报名请关注V信公众号“粉体技术网”，涉及非金属矿粉体企业：碳酸钙，硅微粉，滑石，重晶石，硅灰石，高岭土，膨润土，白云石，石灰石，硅灰粉，云母，硅藻土，海泡石，电气石等；功能性粉体企业：氢氧化镁，氢氧化铝，氧化铝，钛白粉，白炭黑，氧化铁红，珠光云母，氧化锌，粉煤灰，纳米粉体等；药剂和设备企业；粉体填料应用企业；其他需要粉体表面改性的企业。

　　重晶石属正交（斜方）晶系的硫酸盐矿物，物理化学性质比较稳定，具有难溶于水和盐酸、密度大、填充性好、无毒、无磁性、易吸收辐射、良好的光学性能等优点，是一种重要的无机化工产品，在石油化工、建材、塑料、涂料、橡胶、汽车刹车片等行业得到广泛应用。
　　
　　重晶石用作填料时，可以改善无机/聚合物复合材料的加工性能、物理性能、化学稳定性，并大大降低树脂用量，降低复合材料的成本]。此外，由于重晶石表面呈亲水性，与有机高聚物基质的界面性质的差异，表面效应的存在，将其作为填料应用于有机材料时，由于两者物质物理化学性质的差异，在有机材料中很难均匀分散，从而影响复合材料的综合性能。
　　
　　目前，最有效的方法是对重晶石进行表面改性，使改性剂在重晶石表面形成吸附层或单层膜，改变其表面特性，提高其与有机物之间的分散性和相容性，拓展其应用范围，增加产品的附加值。
　　
　　当前，重晶石的表面改性及其作为填料的应用已经得到了广泛研究，但对重晶石的改性仍有两方面的问题需要深入研究：一是合适改性方法的选择和新型改性方法的开发，以满足重晶石不同种类及其应用对象的需要；二是改性剂的优化及新型改性剂的开发，以满足更高性能的产品需求。
　　
　　目前，用于重晶石的改性方法主要有表面化学包覆法、机械力化学法、化学沉积法等。
　　
　　1、表面化学包覆法
　　
　　表面化学包覆法是利用化学作用将改性剂均匀稳定地包覆在颗粒表面，从而改变颗粒表面特性的方法。
　　
　　肖琴等以十二烷基硫酸钠为改性剂，改性后其包覆在重晶石颗粒表面。研究发现，改性后重晶石在煤油中的沉降速度和沉积体积大大减小，由亲水性变成亲油性，接触角增加到150.8°。周红等也采用此法对重晶石进行疏水调控，提高了其在煤油中的分散性、减小了团聚体的粒径和数量，这归因于重晶石表面的不饱和阳离子与硬脂酸根离子和油酸钠根离子发生反应，使其表面形成一层碳氢长链的有机包覆层。
　　
　　重晶石表面化学包覆改性机理：表面改性剂吸附在重晶石表面或与其表面的羟基反应形成化学键，从而对重晶石进行有机化包覆，并利用空间位阻斥力或静电作用阻止颗粒之间发生碰撞而导致团聚，从而改善重晶石的分散性，这种改性方法工艺较复杂，但效果较好。因此，要使该方法得到大规模的应用，需要进一步优化其工艺并提高包覆效果。
　　
　　2、机械力化学法
　　
　　机械力化学法主要是利用机械作用力激活颗粒表面，促使颗粒与改性剂发生化学反应从而实现颗粒表面的包覆。
　　
　　黄向阳等利用湿法球磨法，将聚合物分散剂和重晶石原料进行湿式研磨，在机械作用力下，粉体粒径变小，其表面出现的激活点也促进了聚合物分散剂在重晶石表面发生聚合，减少了引发剂的用量，得到了细粒度优异、分散性高的活性重晶石粉体，并提高了涂料的分散性、稳定性。陈有双等在高速搅拌机机械力的作用下，成功地将硬脂酸包覆在重晶石表面制备得到活性重晶石粉末，可在橡胶中替代炭黑作为一种新型的补强材料。研究发现，填充适量的活性重晶石，可以增强重晶石/橡胶复合材料的机械性能，这归因于机械力化学改性有助于防止重晶石颗粒的团聚，增强其在基体中分散性与相容性。Wang等通过机械化学湿法研磨制备了重晶石/TiO2的复合材料。结果表明，在湿法研磨过程中的释放的机械能可以促进二氧化钛包覆在重晶石表面，且包覆效果受到机械共磨速度、共磨时间等条件的影响，在最佳条件下制备的重晶石/TiO2复合粒子的颜料性能与TiO2相近。
　　
　　重晶石机械力化学法改性机理：主要是利用超细粉碎及其他强烈机械力作用有目的地激活粉体颗粒的表面自由能，以改变粉体表面组织、结构和性能、产生晶格畸变与位错，增强它与改性剂的反应活性，极大提高粉末活性和改善颗粒分布均匀性及增强其与基体之间界面作用。
　　
　　机械力化学改性法工艺相对简单，生产成本低，在实际应用中得到了广泛的应用，主要适用于颗粒较大的重晶石，但对于颗粒较小的纳米重晶石，使用单一的机械力化学改性效果不佳。进一步提高粉体与改性剂在改性过程中的作用均匀性并降低改性剂用量，通过与其他改性方法联合使用提高包覆效果，引入新型改性设备简化工艺、降低能耗、提高改性过程环保性，如：气流磨、蜂巢蜜，将是机械力化学改性的发展方向。
　　
　　3、化学沉积法
　　
　　化学沉积法是通过加入改性剂或沉淀剂在颗粒表面进行沉淀反应，经洗涤、过滤、干燥、焙烧等步骤，从而在颗粒表面牢固地形成包覆膜，从而改善颗粒的光、电、磁、热等性能。
　　
　　胡兴航等等将改性后的两种粉体浆料充分混合搅拌、过滤、干燥和研磨分散制备了重晶石/钛白粉复合颜料。结果表明，经过疏水调控后的重晶石表面均匀包覆了TiO2颗粒，复合颜料具有与钛白粉相当的吸油值、遮盖力，可作颜料使用。ZHOU等采用TiOSO4溶液化学法，通过水解和沉淀形成水解复合物，除杂并干燥煅烧制备了重晶石/TiO2复合颗粒材料。研究发现，重晶石与TiO2之间通过强化学键将它们牢固地结合成重晶石/TiO2复合颗粒，复合粉体均匀致密，具有与TiO2相近的颜料性能。
　　
　　重晶石化学沉积法改性的机理：主要是通过化学反应将改性剂沉积在重晶石表面形成一层或多层包覆层，这种包覆处理可以降低粒子的表面活性并阻止其团聚，提高重晶石在不同介质中的分散性和稳定性。该方法主要适用于无机表面改性剂的改性，但反应过程不易控制而获得均匀的包覆层。因此，需要进一步探索化学沉积过程中影响其沉积均匀性的工艺条件及其影响机理，提高其过程的可控性。
　　
　　资料来源：《朱福生,杨振,熊芳,等.重晶石表面改性研究进展[J].化工矿物与加工,2022,51(12):46-52》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！
　　
　　