硫酸鋇作為體質(zhì)顏料廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域，對提高涂膜的厚度、耐磨性、耐水性、耐熱性、表面硬度、耐沖擊性等至關(guān)重要。另外，硫酸鋇在波長300-400μm范圍內(nèi)有很高的反射性，可以保護(hù)漆膜免遭光老化，是一種有效而廉價(jià)的白色無機(jī)光穩(wěn)定劑，可替代10%-25%的鈦白粉。
硫酸鋇經(jīng)超細(xì)化（粒度為0.1-1μm）和表面改性處理后，一次粒子平均粒徑小，粒度分布范圍窄，分散性好，吸油量低，產(chǎn)品穩(wěn)定性、耐候性、抗沉淀性和濕潤性均有較大提高，硫酸鋇近年來成為涂料行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。
▼超細(xì)硫酸鋇質(zhì)量指標(biāo)對比
1.超細(xì)硫酸鋇有哪些制備方法？
（1）沉淀法
一般超細(xì)粒子用沉淀法制備是由兩個(gè)過程構(gòu)成：一是核的形成過程，稱為成核過程；二是核的長大過程，稱為生長過程，當(dāng)成核速率小于生長速率時(shí)，有利于形成大而少的粗粒子，當(dāng)成核速率大于生長速率時(shí)，有利于形成超細(xì)粒子。
硫酸鋇在常溫下難溶于水，但易溶于質(zhì)量份數(shù)為98%以上的濃硫酸。將重晶石粉溶解于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.07%的濃硫酸中，進(jìn)行攪拌溶解，在溫度不超過50℃，硫酸鋇過飽和度大于1.1×10-3g/L，可保證成核速率大于生長速率，反應(yīng)完畢后傾出清液，向其中滴加一定的蒸餾水，使硫酸鋇析出，然后進(jìn)行離心沉淀。用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉洗滌2次，水洗3次，在80℃條件下噴霧干燥，可得到達(dá)到要求的超細(xì)硫酸鋇。
（2）分散劑液體噴霧法
分散劑液體噴霧法是在約0.1mol/L的BaCl2溶液中加入一定量的分散劑（如聚氧化乙烯十二烷胺），以1500-2000r/min速度攪拌，同時(shí)以150-100mL/h的速度噴霧約0.2mol/L的Na2SO4，使其充分反應(yīng)，反應(yīng)完畢后離心，水洗數(shù)次，干燥，可得到粒度<150nm的顆粒占93.4%以上的超細(xì)硫酸鋇。
（3）表面活性劑法
該方法是用表面活性劑卵磷脂（PC）與水形成有序體系中可制備超細(xì)硫酸鋇。卵磷酸是一種兩性分子，其分子具有親水性頭部和疏水性鏈尾部，當(dāng)它的濃度超過膠束濃度（CMC，1.6×10-3mol/L）時(shí)，在水中可形成有序的分子排列，而這種有序具有隔室化作用形成納米空間。
在此微小隔室中使符合化學(xué)劑量的鋇鹽水溶液（考慮到氫氧化鋇與硫酸反應(yīng)的副產(chǎn)物是水，故最好采用氫氧化鋇）和硫酸鹽水溶液反應(yīng)，并用超聲波將反應(yīng)后的乳濁液分散，再用SDS洗去的卵磷脂、水洗、過濾，pH調(diào)至6，可得到超細(xì)硫酸鋇顆粒。
由于硫酸鋇微粒帶負(fù)電荷，若防止硫酸鋇微粒團(tuán)聚，可在懸浮液中加入反絮凝劑，如枸櫞酸鈉等。
（4）氣流式粉碎
該方法是利用氣流式粉碎機(jī)在高速氣流作用下，硫酸鋇顆粒本身之間的撞擊、氣流對BaSO4顆粒的沖擊、剪切、摩擦等作用以及BaSO4顆粒與其它部件的沖擊、剪切、摩擦作用而使物料粉碎。
（5）高速旋轉(zhuǎn)撞擊式粉碎機(jī)
這類型的粉碎主要是利用高速旋轉(zhuǎn)的部件產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力、剪切力、摩擦力而使BaSO4顆粒粉碎，如配以合適的分級裝置并進(jìn)行循環(huán)粉碎，則可獲得理想的BaSO4超細(xì)粉。
（6）其它制備法
其它可用于制備超細(xì)顆粒的方法還有物理氣相沉積（PVD）法、化學(xué)氣相沉淀（CVD）法、微乳液法、等離子體噴霧法、固相合成法、微反應(yīng)器法、陰離子交換法等。
2.超細(xì)硫酸鋇如何進(jìn)行表面改性？
無機(jī)礦物填料的表面改性滿足了現(xiàn)代有機(jī)高分子材料及高聚物基復(fù)合材料提高綜合性能的要求，已成為粉體表面改性的一個(gè)重要領(lǐng)域之一。
改性后的硫酸鋇可使它的表面自由能大大降低，表面接觸角增大，用于粉末涂料后可提高涂膜的綜合性能，價(jià)格也比未改性的硫酸鋇高2~4倍。
對硫酸鋇超細(xì)粉的表面改性一般用化學(xué)沉淀或物理-化學(xué)吸附的方法，在其表面形成一層或多層無機(jī)物膜、低分子量有機(jī)物膜、聚合物膜或無機(jī)-有機(jī)復(fù)合物膜。從而調(diào)節(jié)超細(xì)硫酸鋇表面的酸堿平衡和表面疏水性，降低填料顆粒間的附聚力，提高其在涂料中的分散性和穩(wěn)定性。
（1）機(jī)械化學(xué)改性
機(jī)械化學(xué)改性是利用超細(xì)粉碎及其它強(qiáng)烈機(jī)械作用的過程有目的地對粉體表面進(jìn)行激活，在一定程度上改變顆粒表面的晶體結(jié)構(gòu)，溶解性能（表面無定形化）化學(xué)吸附和反應(yīng)活性（增加表面的活性點(diǎn)或活性基因）等。
顯然，僅僅依靠機(jī)械激活作用進(jìn)行表面處理目前還難以滿足BaSO4在涂料中應(yīng)用的表面物理化學(xué)性質(zhì)的要求。但是機(jī)械化學(xué)作用激活了顆粒表面，可以提高BaSO4與其它有機(jī)物作用活性，新生表面上產(chǎn)生的游離基或離子可以引發(fā)苯乙烯、烯烴類進(jìn)行聚合，形成聚合物接枝的填料。
另外，還可以在BaSO4粉碎過程中添加一種無機(jī)物或金屬粉體，使BaSO4核心材料表面包覆金屬粉或另一種無機(jī)粉體，可以大大提高BaSO4在涂料中的性能。
（2）化學(xué)沉積法
該方法主要是利用沉淀反應(yīng)，加入改性劑或沉淀劑，在適當(dāng)?shù)膒H和溫度下，使無機(jī)改性劑以氫氧化物或水合氧化物的形式均勻沉淀，在BaSO4表面形成一層（或多層）包覆層，然后經(jīng)洗滌、脫水、干燥、焙燒等工序?qū)⒃摪矊永喂痰毓潭ㄔ贐aSO4表面，從而達(dá)到BaSO4粉體表面改性的目的。
另外一種方法是將分子量幾百到幾千的低聚物交聯(lián)劑或催化劑溶解或分散在一定溶劑中，再加入BaSO4超細(xì)粉、攪拌、加熱、保持一定時(shí)間也可獲得填料表面的包覆。
（3）膠囊化改性
膠囊化改性是在BaSO4顆粒表面上覆蓋均質(zhì)而且有一定厚度的薄膜的一種表面改性方法。粉體的膠囊化改性指的是微小顆粒膠囊化。這種微小膠囊一般是1到幾百納米的微小殼體，這種殼體的壁膜（外殼，皮膜，保護(hù)膜）通常是連續(xù)又堅(jiān)固的薄膜（其厚度為幾分之一納米至幾納米）。微小膠囊化是制備無機(jī)-有機(jī)復(fù)合膠粒的一種重要改性方法。
（4）其他表面改性方法
高能改性：利用紫外線、紅外線、電暈放電和等離子體照射等方法進(jìn)行表面處理。但高能改性由于技術(shù)復(fù)雜，成本較高，目前還很少用于對工業(yè)用BaO4的改性。
酸堿處理也是一種表面輔助處理方法。通過酸堿處理可以改善粉體表面（或界面）的吸附和反應(yīng)活性。此外還有化學(xué)氣相沉積法（CVD）和物理氣相沉積（PVD）等方法。
（5）表面改性劑
偶聯(lián)劑是具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯鋁酸鹽及絡(luò)合物等幾種，其分子中的一部分基團(tuán)可與粉體表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵，另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高聚物發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，從而將兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固地結(jié)合起來，使涂料中的BaSO4與有機(jī)高聚物分子之間產(chǎn)生具有特殊功能的“分子橋”，這些鍵是可以水解的，但也可以重新組合，因此提供了有機(jī)/無機(jī)界面間使應(yīng)力松弛的方法，其結(jié)果：涂層的附著力和耐久性得到了改善。用它改性后的BaSO4填料可增強(qiáng)粉末涂料的抗震、抗沖擊強(qiáng)度、柔韌性和撓曲強(qiáng)度等性能。
表面活性劑包括陽離子、陰離子和非離子型。如高級脂肪酸及其鹽、醇類、胺類及酯類等表面活性劑是主要的表面改性劑。其分子端為長鏈烷基，結(jié)構(gòu)與聚合物分子結(jié)構(gòu)相近，因而和聚烯烴等有機(jī)聚合物有一定的相容性。分子另一端為羧基、醚基、氨基等極性基因，可與BaSO4表面發(fā)生物理化學(xué)吸附或化學(xué)反應(yīng)。覆蓋了BaSO4表面，達(dá)到改性目的。
超分散劑是一類新型的聚合物分散助劑，主要用于提高BaSO4在涂料中的分散度。聚合物分散劑主要是通過一種空間穩(wěn)定化的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。它受到熱函及熵因素的影響。它的分散作用是通過聚合物鏈段的一端或兩端錨定在顆粒表面上，形成空間穩(wěn)定化屏障，使超細(xì)顆粒間分散均勻?？捎脕礤^定聚合物鏈于粉體表面的國外專利包括胺類、銨和季胺基因、羧基、磺酸基、磷酸基及其鹽類、酸式磷酸鹽和鹽酸酯類基團(tuán)。
高分子有機(jī)硅是以硅氧鍵鏈（Si-O-Si）為骨架，硅原子上接有機(jī)基團(tuán)的一類聚合物。其無機(jī)骨架有很高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使有機(jī)側(cè)基呈低表面取向的柔曲性，覆蓋于骨架外的有機(jī)基團(tuán)則決定了其分子的表面活動(dòng)和其它功能，將其用于BaSO4類無機(jī)填料的表面改性，可防止環(huán)氧類粉末涂料結(jié)塊。
3.超細(xì)硫酸鋇在涂料中的應(yīng)用特性
超細(xì)硫酸鋇許多性能指標(biāo)（如比重、白度、吸油量、折射率、粒度等）與鈦白接近，并且有較好的分散性和適宜的粒徑分布范圍。為了使鈦白有效地發(fā)揮其遮蓋性能，在鈦白中加入適量超細(xì)硫酸鋇可控制鈦白粒子之間距離，防止發(fā)生光學(xué)上的絮凝現(xiàn)象，從而達(dá)到減少鈦白用量而不影響產(chǎn)品遮蓋力的目的，且成品的光澤、耐候性、耐酸堿等指標(biāo)還有所提高。
（1）在底漆中的應(yīng)用
超細(xì)硫酸鋇比表面積大，具有較佳的粒徑分布范圍，應(yīng)用于底漆中只需較少的粘結(jié)料即可使產(chǎn)品有較好的施涂性和流變性。用于汽車底漆，即使添加較多的超細(xì)硫酸鋇也能獲得光滑和稠密的涂層。
（2）在面漆中的應(yīng)用
超細(xì)硫酸鋇是一種惰性填充劑，耐候性好，用作面漆的填充劑，即使暴露在被侵害的環(huán)境中，也能起到長期保護(hù)作用。由于該產(chǎn)品具有光澤好、粒徑小等特點(diǎn)，能夠提高漆料的流動(dòng)性、表面光滑性、硬度和色彩的穩(wěn)定性。
（3）在乳化漆中應(yīng)用
由于超細(xì)硫酸鋇所具有的優(yōu)良特性，可用于高光澤和絲光紋理漆以及“防酸”乳化漆。該漆種即使暴露在工業(yè)區(qū)大氣層中也能起到防腐作用。
（4）在木器、裝飾漆中應(yīng)用
超細(xì)硫酸鋇具有粒徑小和低吸收光特點(diǎn)，特別適用于做木器裝飾的表面漆、清漆和天然漆液的體質(zhì)填充劑。制出的產(chǎn)品用于木器裝飾，光澤度好，且有化學(xué)防腐性和耐候性。
（5）在粉末涂料中應(yīng)用
超細(xì)硫酸鋇具有填充量大、光亮度好、流平性好、保光性強(qiáng)以及與所有的色料有校好兼容性等特點(diǎn)，是粉末涂料最理想的填充劑。
近年來，隨著涂料行業(yè)的快速發(fā)展，其對硫酸鋇的需求量越來越大，質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格和多樣化，市場產(chǎn)品也傾向于功能化、精細(xì)化。
我國雖然是重晶石儲(chǔ)量大國和產(chǎn)量大國，但是隨著行業(yè)產(chǎn)量占世界的比重越來越大，行業(yè)的技術(shù)卻沒有跟上來。因此，我國重晶石粉行業(yè)應(yīng)加大對高端產(chǎn)品的技術(shù)、人才投入，提高生產(chǎn)運(yùn)營質(zhì)量，加強(qiáng)對高端產(chǎn)品（如精細(xì)鋇化工產(chǎn)品）的技術(shù)研發(fā)，培養(yǎng)深加工技術(shù)（提純、超細(xì)、改性、復(fù)合）人才，才能加快行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源經(jīng)濟(jì)效益最大化。
來源：超細(xì)硫酸鋇的制備及其表面改性，作者：楊少華等；超細(xì)沉淀硫酸鋇的制備及研究進(jìn)展，作者：祁琪等；超細(xì)硫酸鋇在涂料工業(yè)中的應(yīng)用，作者：任者福；超細(xì)硫酸鋇在涂料中的應(yīng)用研究，作者：盧培浩
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
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2018年12月2日-4日 廣州大華酒店
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2、非金屬礦粉體表面改性技術(shù)
3、非金屬礦粉體在涂料中的應(yīng)用技術(shù)
4、非金屬礦粉體如何打開涂料行業(yè)市場
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