重晶石屬正交（斜方）晶系的硫酸鹽礦物，物理化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，具有難溶于水和鹽酸、密度大、填充性好、無(wú)毒、無(wú)磁性、易吸收輻射、良好的光學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品，在石油化工、建材、塑料、涂料、橡膠、汽車剎車片等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
重晶石用作填料時(shí)，可以改善無(wú)機(jī)/聚合物復(fù)合材料的加工性能、物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性，并大大降低樹(shù)脂用量，降低復(fù)合材料的成本]。此外，由于重晶石表面呈親水性，與有機(jī)高聚物基質(zhì)的界面性質(zhì)的差異，表面效應(yīng)的存在，將其作為填料應(yīng)用于有機(jī)材料時(shí)，由于兩者物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的差異，在有機(jī)材料中很難均勻分散，從而影響復(fù)合材料的綜合性能。
目前，最有效的方法是對(duì)重晶石進(jìn)行表面改性，使改性劑在重晶石表面形成吸附層或單層膜，改變其表面特性，提高其與有機(jī)物之間的分散性和相容性，拓展其應(yīng)用范圍，增加產(chǎn)品的附加值。
當(dāng)前，重晶石的表面改性及其作為填料的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛研究，但對(duì)重晶石的改性仍有兩方面的問(wèn)題需要深入研究：一是合適改性方法的選擇和新型改性方法的開(kāi)發(fā)，以滿足重晶石不同種類及其應(yīng)用對(duì)象的需要；二是改性劑的優(yōu)化及新型改性劑的開(kāi)發(fā)，以滿足更高性能的產(chǎn)品需求。
目前，用于重晶石的改性方法主要有表面化學(xué)包覆法、機(jī)械力化學(xué)法、化學(xué)沉積法等。
1、表面化學(xué)包覆法
表面化學(xué)包覆法是利用化學(xué)作用將改性劑均勻穩(wěn)定地包覆在顆粒表面，從而改變顆粒表面特性的方法。
肖琴等以十二烷基硫酸鈉為改性劑，改性后其包覆在重晶石顆粒表面。研究發(fā)現(xiàn)，改性后重晶石在煤油中的沉降速度和沉積體積大大減小，由親水性變成親油性，接觸角增加到150.8°。周紅等也采用此法對(duì)重晶石進(jìn)行疏水調(diào)控，提高了其在煤油中的分散性、減小了團(tuán)聚體的粒徑和數(shù)量，這歸因于重晶石表面的不飽和陽(yáng)離子與硬脂酸根離子和油酸鈉根離子發(fā)生反應(yīng)，使其表面形成一層碳?xì)溟L(zhǎng)鏈的有機(jī)包覆層。
重晶石表面化學(xué)包覆改性機(jī)理：表面改性劑吸附在重晶石表面或與其表面的羥基反應(yīng)形成化學(xué)鍵，從而對(duì)重晶石進(jìn)行有機(jī)化包覆，并利用空間位阻斥力或靜電作用阻止顆粒之間發(fā)生碰撞而導(dǎo)致團(tuán)聚，從而改善重晶石的分散性，這種改性方法工藝較復(fù)雜，但效果較好。因此，要使該方法得到大規(guī)模的應(yīng)用，需要進(jìn)一步優(yōu)化其工藝并提高包覆效果。
2、機(jī)械力化學(xué)法
機(jī)械力化學(xué)法主要是利用機(jī)械作用力激活顆粒表面，促使顆粒與改性劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)顆粒表面的包覆。
黃向陽(yáng)等利用濕法球磨法，將聚合物分散劑和重晶石原料進(jìn)行濕式研磨，在機(jī)械作用力下，粉體粒徑變小，其表面出現(xiàn)的激活點(diǎn)也促進(jìn)了聚合物分散劑在重晶石表面發(fā)生聚合，減少了引發(fā)劑的用量，得到了細(xì)粒度優(yōu)異、分散性高的活性重晶石粉體，并提高了涂料的分散性、穩(wěn)定性。陳有雙等在高速攪拌機(jī)機(jī)械力的作用下，成功地將硬脂酸包覆在重晶石表面制備得到活性重晶石粉末，可在橡膠中替代炭黑作為一種新型的補(bǔ)強(qiáng)材料。研究發(fā)現(xiàn)，填充適量的活性重晶石，可以增強(qiáng)重晶石/橡膠復(fù)合材料的機(jī)械性能，這歸因于機(jī)械力化學(xué)改性有助于防止重晶石顆粒的團(tuán)聚，增強(qiáng)其在基體中分散性與相容性。Wang等通過(guò)機(jī)械化學(xué)濕法研磨制備了重晶石/TiO2的復(fù)合材料。結(jié)果表明，在濕法研磨過(guò)程中的釋放的機(jī)械能可以促進(jìn)二氧化鈦包覆在重晶石表面，且包覆效果受到機(jī)械共磨速度、共磨時(shí)間等條件的影響，在最佳條件下制備的重晶石/TiO2復(fù)合粒子的顏料性能與TiO2相近。
重晶石機(jī)械力化學(xué)法改性機(jī)理：主要是利用超細(xì)粉碎及其他強(qiáng)烈機(jī)械力作用有目的地激活粉體顆粒的表面自由能，以改變粉體表面組織、結(jié)構(gòu)和性能、產(chǎn)生晶格畸變與位錯(cuò)，增強(qiáng)它與改性劑的反應(yīng)活性，極大提高粉末活性和改善顆粒分布均勻性及增強(qiáng)其與基體之間界面作用。
機(jī)械力化學(xué)改性法工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用，主要適用于顆粒較大的重晶石，但對(duì)于顆粒較小的納米重晶石，使用單一的機(jī)械力化學(xué)改性效果不佳。進(jìn)一步提高粉體與改性劑在改性過(guò)程中的作用均勻性并降低改性劑用量，通過(guò)與其他改性方法聯(lián)合使用提高包覆效果，引入新型改性設(shè)備簡(jiǎn)化工藝、降低能耗、提高改性過(guò)程環(huán)保性，如：氣流磨、蜂巢蜜，將是機(jī)械力化學(xué)改性的發(fā)展方向。
3、化學(xué)沉積法
化學(xué)沉積法是通過(guò)加入改性劑或沉淀劑在顆粒表面進(jìn)行沉淀反應(yīng)，經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥、焙燒等步驟，從而在顆粒表面牢固地形成包覆膜，從而改善顆粒的光、電、磁、熱等性能。
胡興航等等將改性后的兩種粉體漿料充分混合攪拌、過(guò)濾、干燥和研磨分散制備了重晶石/鈦白粉復(fù)合顏料。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)疏水調(diào)控后的重晶石表面均勻包覆了TiO2顆粒，復(fù)合顏料具有與鈦白粉相當(dāng)?shù)奈椭怠⒄谏w力，可作顏料使用。ZHOU等采用TiOSO4溶液化學(xué)法，通過(guò)水解和沉淀形成水解復(fù)合物，除雜并干燥煅燒制備了重晶石/TiO2復(fù)合顆粒材料。研究發(fā)現(xiàn)，重晶石與TiO2之間通過(guò)強(qiáng)化學(xué)鍵將它們牢固地結(jié)合成重晶石/TiO2復(fù)合顆粒，復(fù)合粉體均勻致密，具有與TiO2相近的顏料性能。
重晶石化學(xué)沉積法改性的機(jī)理：主要是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將改性劑沉積在重晶石表面形成一層或多層包覆層，這種包覆處理可以降低粒子的表面活性并阻止其團(tuán)聚，提高重晶石在不同介質(zhì)中的分散性和穩(wěn)定性。該方法主要適用于無(wú)機(jī)表面改性劑的改性，但反應(yīng)過(guò)程不易控制而獲得均勻的包覆層。因此，需要進(jìn)一步探索化學(xué)沉積過(guò)程中影響其沉積均勻性的工藝條件及其影響機(jī)理，提高其過(guò)程的可控性。
資料來(lái)源：《朱福生,楊振,熊芳,等.重晶石表面改性研究進(jìn)展[J].化工礦物與加工,2022,51(12):46-52》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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