重晶石表面呈親水疏油性，與復(fù)合材料中有機(jī)物的分散性和相容性差、易團(tuán)聚，從而影響復(fù)合材料的性能，因此需要對重品石進(jìn)行表面改性，來增強(qiáng)復(fù)合材料性能并拓展其應(yīng)用范圍。
為方便各位同行參考了解，粉體技術(shù)網(wǎng)特意整理了10個重晶石粉表面改性配方，具體如下：
配方1：油酸鈉
配方2：硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑對比
配方3：硬脂酸鹽、鈦酸酯偶聯(lián)劑對比（粉末涂料）
配方4：硬脂酸、硅烷偶、鋁酸酯偶聯(lián)劑對比
配方5：硬脂酸、鈦酸酯、硅烷偶聯(lián)劑對比（橡膠）
配方6：3種陰離子表面活性劑對比
配方7：硬脂酸、硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣對比
配方8：13種表面活性劑對比（鉆井液）
配方9：硬脂酸與鈦酸酯偶聯(lián)劑復(fù)配
配方10：偶聯(lián)劑、DTAB、氯化鋁+硬脂酸鈉復(fù)配對比（鉆井液）
配方1：油酸鈉
改性劑：油酸鈉。
改性方法：通過在恒溫漿料體系中加入油酸鈉有機(jī)改性劑，引發(fā)有機(jī)改性劑在顆粒表面吸附，使顆粒表面形成一層碳?xì)溟L鏈的有機(jī)物包覆層，從而改變和調(diào)控顆粒表面的疏水性。稱取5g的粉體顆粒與水，配置漿料；加入有機(jī)改性劑溶液，恒溫攪拌；改性產(chǎn)物進(jìn)行干燥研磨。
測試與表征：接觸角、活化指數(shù)、紅外光譜。
改性效果：油酸鈉作為改性劑，可以使重晶石表面由親水性轉(zhuǎn)化為疏水性，并且疏水效果優(yōu)異，潤濕接觸角高達(dá)128°。優(yōu)化后的重晶石表面改性工藝條件為，油酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%，改性時間為15min，改性溫度為80℃，BaSO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%。通過紅外光譜對重晶石與改性后重晶石進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，重晶石表面已經(jīng)被有機(jī)基團(tuán)覆蓋，并且在改性過程中重晶石表面與油酸鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，為進(jìn)一步與TiO2復(fù)合奠定了基礎(chǔ)。
配方2：硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑對比
改性劑：硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑WD-60。
改性方法：（1）硬脂酸改性重晶石礦粉：將硬脂酸溶于乙醇，再加入一定量經(jīng)過干燥的重晶石粉末，攪拌加熱，反應(yīng)30min后停止，得到硬脂酸改性重晶石礦粉。
?。?）WD-60改性重晶石礦粉：硅烷偶聯(lián)劑分散在乙醇（或丙酮）的水溶液中并調(diào)pH至3~4，配好改性劑；調(diào)配好的改性劑溶液加入三口燒瓶，再加入一定量經(jīng)過干燥的重晶石粉末，攪拌加熱，冷凝回流；反應(yīng)30min后停止，冷卻過濾、烘干，得到硅烷偶聯(lián)劑改性重晶石礦粉。
測試與表征：活化指數(shù)、沉降體積、接觸角。
改性效果：利用硬脂酸和硅烷偶聯(lián)劑（WD-60）可以顯著改善重晶石礦粉的疏水性；改性重晶石礦粉具有良好的流動性和分散性。改性時間、溫度、改性劑用量、改性劑種類等對表面改性效果有影響。硬脂酸的用量大于重晶石礦粉的0.5%，其活化指數(shù)達(dá)到99.78%以上；WD-60用量大于0.3%后，重晶石礦粉的活化指數(shù)大于86.60%
配方3：硬脂酸鹽、鈦酸酯偶聯(lián)劑對比（粉末涂料）
改性劑：硬脂酸、硬脂酸鈉、硬脂酸鎂、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、單烷氧基鈦酸酯偶聯(lián)劑（L-4）。
改性方法：稱取1000g天然重晶石粉末（精確到0.1g），在電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中于105℃條件下恒溫干燥30min，取出并置于高速混合攪拌機(jī)中，然后再取一定量的改性劑加入其中，在一定的工藝條件下對天然重晶石粉末進(jìn)行改性，冷卻干燥得到改性產(chǎn)品。
測試與表征：活化指數(shù)、接觸角、沉降體積、吸油值、紅外光譜、熱重分析。
改性效果：（1）采用沉降體積法檢測硬脂酸鹽系列對重晶石粉末的改性效果，得出硬脂酸鈉改性的重晶石粉末在苯中的沉降速度最慢，分散性最好。采用液面接觸角對L-4偶聯(lián)劑改性重晶石粉末的用量進(jìn)行研究，得出當(dāng)L-4偶聯(lián)劑的用量為1.0%時，水滴在壓片重晶石粉末表面的接觸角可達(dá)到137.5°，具有良好的疏水性。
?。?）采用IR和熱重分析研究了硬脂酸鈉和L-4偶聯(lián)劑改性重晶石粉末的機(jī)理，結(jié)果表明，硬脂酸鈉對重晶石粉末的表面改性機(jī)理是通過物理吸附作用，L-4偶聯(lián)劑是通過化學(xué)鍵合改性重晶石粉末的。
（3）通過把經(jīng)硬脂酸鈉和L-4偶聯(lián)劑分別改性的重晶石粉末作為填料應(yīng)用于粉末涂料，得出用L-4偶聯(lián)劑改性的重晶石粉末用于粉末涂料時，能提高涂層的光澤度，并使涂層表面光滑。
?。?）通過對影響L-4偶聯(lián)劑改性重晶石粉末的主要因素：改性劑用量，改性時間，改性溫度的正交試驗研究，得出采用L-4偶聯(lián)劑改性重晶石粉末的最佳工藝條件為：L-4偶聯(lián)劑用量1.0%，改性溫度80℃，改性時間30min。各因素影響的大小為：改性劑用量>改性溫度>改性時間。
配方4：硬脂酸、硅烷偶、鋁酸酯偶聯(lián)劑對比
改性劑：硬脂酸、硅烷偶聯(lián)劑WD-70、鋁酸酯偶聯(lián)劑DL-411。
改性方法：將重晶石粉投入混合機(jī)中，在攪拌狀態(tài)下加入改性劑，充分?jǐn)嚢杌旌?，使改性劑包覆在重晶石粉表面形成礦物有機(jī)物聚合物。
測試與表征：活化指數(shù)、安息角、粒度。
改性效果：以硅烷偶聯(lián)劑改性效果為最好。當(dāng)硅烷偶聯(lián)劑用量為重品石重量的5%時，活化指數(shù)H=0.4，改性重晶石樣品安息角為36°，粉體由親水表面成為疏水表面，且分散性和流動性得到顯著改善。
配方5：硬脂酸、鈦酸酯、硅烷偶聯(lián)劑對比（橡膠）
改性劑：硬脂酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑、硅烷（Si-69）
改性方法：取重晶石粉95g，偶聯(lián)劑5g，在高速攪拌機(jī)攪拌粉體時以滴加的方式加入，同時加熱到一定溫度（70℃），到一定時間（10min）將料排出，即得改性后產(chǎn)品。
測試與表征：橡膠復(fù)合材料性能。
改性效果：（1）未改性的重晶石添加到橡膠中后，復(fù)合材料中的拉伸性能、硬度及耐磨性最差。利用偶聯(lián)劑改性重品石后，復(fù)合材料的性能明顯改善。當(dāng)活化重晶石含量在20%～30%時，能獲得拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率及耐磨性能優(yōu)異的復(fù)合材料。
?。?）其中利用硬脂酸改性重品石后，復(fù)合材料的拉伸性能、硬度及耐磨性最佳?；罨笾鼐哂袃?yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果及理想的加工特性，可替代炭黑實(shí)現(xiàn)其在橡膠中的應(yīng)用。
配方6：3種陰離子表面活性劑對比
改性劑：陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉。
改性方法：將水（mL）：重晶石（g）=4：1的重晶石漿料加入到250mL的三口燒瓶中，調(diào)節(jié)漿料的pH，在1200r/min的轉(zhuǎn)速下加熱至一定溫度，保溫0.5h，然后加入一定量的改性劑后反應(yīng)一定時間，反應(yīng)結(jié)束后用同反應(yīng)溫度下的蒸餾水反復(fù)洗滌，抽濾，烘干，打散后得到活性重晶石粉。
測試與表征：分散性、吸油值、接觸角、紅外光譜。
改性效果：（1）三種改性劑對原礦都有一定的親油疏水效果，從沉降速度、吸油量的減少幅度選擇，十二烷基硫酸鈉（SDS）效果顯著；改性劑包覆在重晶石顆粒表面，白度比改性前提高，其中以SDS改性后的重晶石白度增幅最大，包覆效果最好。
（2）對SDS改性重晶石進(jìn)行單因素實(shí)驗，選擇最優(yōu)改性條件：在液固比4：1、漿料pH3.5、在溫度85℃預(yù)熱0.5h，加入重晶石質(zhì)量的0.7%的SDS，然后再反應(yīng)0.5h。改性效果最好，F(xiàn)T-IR測試表明SDS已經(jīng)成功包覆在重品石礦粉表面。
?。?）改性后的重晶石礦粉親油疏水，當(dāng)SDS的添加量為重晶石質(zhì)量的0.7%時，在煤油中的沉降速度、沉降體積均達(dá)到最小，有效的提高了重晶石在煤油中的分散性，得到的活性重晶石礦粉的對DOP吸油量為0.096mL/g，進(jìn)行對水接觸角測試，重晶石對水的接觸角達(dá)到150.8°。綜上說明，采用SDS改性制備的活性重晶石親油疏水。
配方7：硬脂酸、硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣對比
改性劑：硬脂酸、硬脂酸鈉、硬脂酸鋅、硬脂酸鎂、硬脂酸鈣。
改性方法：將天然重晶石粉末加入高速混合機(jī)中，然后將硬脂酸系列加入到高速混合機(jī)中，在一定的工藝條件下對天然重晶石粉末進(jìn)行改性。
測試與表征：活化指數(shù)、沉降體積、吸油值、紅外光譜。
改性效果：硬脂酸鈉對重品石粉末的改性效果最好，當(dāng)攪拌速度為2000r/min攪拌時間為30min，硬脂酸鈉的用量為08%時，得到的改性產(chǎn)品的活化指數(shù)達(dá)到96%。經(jīng)硬脂酸鈉改性后的重晶石粉末的吸油量降低了13%，與有機(jī)物質(zhì)有很好的相容性，用于涂料能夠提高涂料的流平性和光澤度，用于有機(jī)質(zhì)油漆能提高其遮蓋力。
配方8：13種表面活性劑對比（鉆井液）
改性劑：油酸鈉、硬脂酸、硬質(zhì)酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、DTAB、十八烷基胺、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、SD-102、六偏磷酸鈉、硅酸鈉、SP-80、卵磷脂。
改性方法：稱取5份重晶石樣品，每份10g；往5個錐形瓶中分別加入100mL無水乙醇/去離子水。依次加入實(shí)驗藥品，震蕩或磁力攪拌至完全溶解。分別加入重晶石樣品，擰緊錐形瓶瓶塞或用保鮮膜密封瓶口。設(shè)置一定溫度，水浴加熱震蕩，每隔30min依次取出一個樣品，待冷卻至室溫。用吸管吸取上層清液25mL至離心管中，將離心管放入離心機(jī)中6000r/min離心30min后取出。用吸管吸取離心管上層清液，將所制得的5份清液分別測量吸光度，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算吸附量。
測試與表征：XPS、XRD、FTIR。
改性效果：（1）通過吸附實(shí)驗和紫外分光光度計測試，得到各種鉆井液處理的最佳吸附條件如下：
油酸鈉：100mL去離子水（pH=8-9）+10g重晶石+0.05g油酸鈉+1h+30℃，溫度對吸附影響不大，高溫有所減少，主要原因：一是溫度過高時，可能會造成部分改性劑分解炭化，使改性劑的有效用量減少；另一個原因可能是高溫使溶劑蒸發(fā)，使溶液濃度變高，以致離心后的溶液較正常值高，所以計算的吸附量減少；
硬脂酸：100mL無水乙醇+10g重晶石+0.3g硬脂酸+2h+90℃，溫度升高，促進(jìn)了硬脂酸的吸附，但是幅度不大。
硬質(zhì)酸鈉：100mL無水乙醇+10g重晶石+0.1g硬脂酸鈉+1.5h+90℃，溫度影響效果和硬脂酸一樣。
十二烷基硫酸鈉：100mL去離子水+10g重晶石+0.1g十二烷基硫酸鈉+2h+50℃，溫度升高促進(jìn)吸附，溫度再增加幾乎不變。
十二烷基磺酸鈉：100mL乙醇+10g重晶石+0.08g十二烷基磺酸鈉+1.5h+30℃，隨著溫度的升高，吸附量開始不變，當(dāng)達(dá)到90度時，吸附量有極少的下降，減少原因與油酸鈉的大致相同。
十二烷基苯磺酸鈉：100m去離子水+10g重晶石+0.05g十二烷基苯磺酸鈉+1h+70℃溫度升高，吸附增加，達(dá)到70℃最佳。
十八烷基胺：100mL乙醇+10g重晶石+0.1g十八烷基胺+2h+30℃，溫度升高，吸附減小，但是幅度不大，與油酸鈉原因相同。
卵磷脂：100mL乙醇+10g重晶石+0.03g卵磷脂+1.5h+30℃，溫度影響不大。
六偏磷酸鈉：100mL去離子水（PH=9-12）+10g重晶石+0.15g六偏磷酸鈉+1.5h+30℃，溫度有少量促進(jìn)作用。
硅酸鈉：100mL去離子水+10g重晶石+0.4g硅酸鈉+1.5h+30℃，溫度沒有影響。
SP-80：100mL乙醇+10g重晶石+0.8gSP-80+1h+70℃，升溫有一定的促進(jìn)作用。
SD-102：100mL去離子水+10g重晶石+0.2gSD-102+1.5h+30℃，溫度影響很小，可以忽略。
?。?）通過XPS和紅外光譜測試發(fā)現(xiàn)，鉆井液改性劑的吸附存在舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，油酸鈉作用機(jī)理為油酸鈉中的O-Na鍵解離，油酸鈉中不飽和的O與重晶石表面的Ba結(jié)合，引起了電子結(jié)合能的變化，發(fā)生了化學(xué)位移；十八烷基胺在重晶石表面為物理吸附，不存在化學(xué)鍵的變化；卵磷脂兩個羥基發(fā)生解離，不飽和的N和P分別與重晶石表面的Ba和S連接，所以卵磷脂以化學(xué)吸附的形式吸附在重晶石表面；SP-80溶于乙醇后，羥基斷裂溶于乙醇中，從而暴露出不飽和鍵，所以SP-80中不飽和碳與重晶石表面的S結(jié)合；SD-102中的Na離子解離，SD-102中不飽和的氧與重晶石表面的Ba結(jié)合，也就是說SD-102是以化學(xué)吸附的形式吸附在重晶石表面的，這里測得的Ba-O鍵結(jié)合能不是原重晶石中的Ba-O鍵結(jié)合能。
配方9：硬脂酸與鈦酸酯偶聯(lián)劑復(fù)配
改性劑：硬脂酸、單烷氧基焦磷酸酯型鈦酸酯偶聯(lián)劑
改性方法：取天然重晶石粉15g，放入球磨罐中；然后按質(zhì)量比稱取一定量的硬脂酸、鈦酸酯偶聯(lián)劑先后加入到裝有無水乙醇的燒杯中，分別攪拌2~4min使其充分溶解，后將混合液倒入球磨罐中；再加入一定量的無水乙醇和去離子水的混合液，在行星式球磨機(jī)中對重晶石粉體進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)改性；最后分離球磨漿料并用真空泵抽濾，將濾餅放入干燥箱中于100℃下干燥，冷卻至室溫，經(jīng)研磨得到改性產(chǎn)品。
測試與表征：FTIR、XRD、SEM、TEM、TG。
改性效果：（1）最佳工藝條件為：球磨時間為2h、球磨轉(zhuǎn)速為800r/min、球料質(zhì)量比（介質(zhì)球/重晶石）為4:1、復(fù)合改性劑用量為2%、改性劑質(zhì)量配比（硬脂酸/鈦酸酯偶聯(lián)劑）為2:1。
?。?）改性后改性劑成功地化學(xué)鍵合在重晶石表面。與未改性重晶石相比，改性重晶石的平均粒徑減小，分散性增強(qiáng)，晶體結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯的變化。改性后重晶石的接觸角從39.07°增大到150.95°，固體表面自由能從18.62mJ/m2變化到0.72mJ/m2，改性后重晶石具有較好的超疏水性，可作為制備超疏水涂層材料的原料。
配方10：偶聯(lián)劑、DTAB、氯化鋁+硬脂酸鈉復(fù)配對比（鉆井液）
改性劑：硅烷偶聯(lián)劑KH-550、鈦酸酯偶聯(lián)劑CT-201、十二烷基三甲基溴化銨DTAB。
改性方法：（1）偶聯(lián)劑改性：用電子天平稱取一定量的重晶石粉體與水放進(jìn)三口燒瓶中，將三口燒瓶置于水浴鍋中，水浴鍋升溫至90℃后，然后稱取一定量的改性劑加入三口燒瓶里，快速攪拌，攪拌一個小時后停止，冷卻、過濾溶液，放置在電熱恒溫干燥箱中，溫度恒定于100℃干燥，即得到改性超細(xì)重晶石。
?。?）十二烷基三甲基溴化銨改性：將一定量的超細(xì)重晶石放入三口燒瓶里，加入蒸餾水調(diào)至一定固含量，將三口燒瓶置于水浴鍋中，快速攪拌，在水浴鍋升溫至90℃后，將定量的十二烷基三甲基溴化銨勻速滴加進(jìn)三口燒瓶中，保溫一個小時后，過濾，烘干，粉碎，可得到改性后的親油性超細(xì)重晶石。
?。?）氯化鋁+硬脂酸鈉復(fù)配：將一定量的超細(xì)重晶石與蒸餾水混合置于高攪杯中攪拌30分鐘，升溫，加入一定量的氯化鋁溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值后恒溫保持30分鐘，在氧化鋁水合物以沉淀物形式充分析出后，慢慢加入硬脂酸鈉；過濾，烘干，粉碎，可得到復(fù)合包覆超細(xì)重晶石改性粒子。
測試與表征：粒度、XRD、紅外光譜、接觸角、活化指數(shù)、分散性、
改性效果：（1）利用偶聯(lián)劑法對重晶石進(jìn)行改性處理時，硅烷偶聯(lián)劑KH-550改性效果要好于鈦酸酯偶聯(lián)劑CT-201，改性劑的最佳用量為重晶石質(zhì)量的5%，改性后的重晶石活化指數(shù)達(dá)到0.50，不過吸附在重晶石表面的活性劑很不穩(wěn)定，改性后的重晶石經(jīng)過索氏抽提親油性消失。
（2）利用陽離子表面活性劑十二烷基三甲基溴化銨對重晶石表面進(jìn)行親油化改性，改性后的親油重晶石活化指數(shù)達(dá)到0.80，與柴油相容性大大提高。
（3）氧化鋁水合物—陰離子表面活性劑復(fù)合包裹法改性后的重晶石經(jīng)實(shí)驗測試活化指數(shù)可達(dá)0.90，且親油重晶石在柴油中的分散性極好。
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