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纳米硫酸钡的表面改性方法及特点

添加时间:2021年10月26日   【字体大小: 】 关注:1494
   纳米硫酸钡作为一种新型的无机材料,因其具有高比表面积、高活性、分散性好等优点而被广泛应用于众多领域。

  但纳米硫酸钡一方面具有亲水疏油的性质,与聚合物基体之间存在很大的极性差异,因此在聚合物中容易团聚,分散性差,使其力学性能降低;另一方面由于纳米硫酸钡具有较高的表面活性,相邻颗粒间极易发生团聚或结块,影响其在生产中的应用。

  因此,为了使硫酸钡在聚合物中的分散性得到改善,提高纳米硫酸钡在复合材料中的综合性能,需对纳米硫酸钡进行表面改性,从而拓展其应用范围。

  1、偶联剂改性

  偶联剂是一类具有两性结构的物质,可以将亲无机物的基团和亲有机物的基团连接起来,即偶联剂起着分子桥的作用,从而使无机物与有机物之间的界面作用增强。典型的偶联剂有硅烷类、铝酸酯类、钛酸酯类等。

  硅烷类是目前应用较多、用量较大的偶联剂,对于表面具有羟基的无机纳米粒子十分有效,但一般的硅烷偶联剂与硫酸钡表面结合力不强。较为有效的是多组分偶联剂,它能使纳米硫酸钡表面硅烷化,是成本高,使用复杂。

  钛酸酯偶联剂对于大多数无机粒子都有较好的改性效果,原因是钛酸酯能与纳米硫酸钡表面的自由质子形成化学键,从而在其表面形成一层有机膜,导致表面性质发生改变。但由于价格较贵,并且有危害人体健康的成分存在,导致对它的应用越来越少。

  铝酸酯偶联剂是一种新型的偶联剂,其分子中易水解的烷氧基与硫酸钡表面的自由质子发生化学反应,产生一层单分子膜,形成不可逆的Al-O键,从而改善产品性能,其性能也优于其他偶联剂。

  2、表面活性剂改性

  表面活性剂其分子一端为长链烷基,能够在聚合物基体中均匀分散;另一端为极性亲水基团,可与硫酸钡表面发生物理吸附或化学反应,包裹在硫酸钡的表面达到改性目的。常用的表面活性剂有高级脂肪酸及其盐类、醇类、胺类、磷酸酯类等。

  表面活性剂成本低、种类多、产量大,用不同种类的表面活性剂可以合成不同性能的产品,改性技术较成熟,因此对它的应用越来越多。脂肪酸(盐)是硫酸钡较为常用且价格十分低廉的表面改性剂,改性后的纳米硫酸钡在聚合物中有较好的分散性和亲和性。改性后的纳米硫酸钡在水中由于其表面张力而不易沉淀,因此活化度可用来反映表面改性效果的好坏。

  3、复合改性剂改性

  复合改性剂是由2种或2种以上的单一改性剂组合而成的复合配方,如棕榈酸钠/硬脂酸钠、硬脂酸钠/硫酸锌、硬脂酸钠/十二烷基磺酸钠/烯丙醇聚氧乙烯醚等复合型改性剂。对纳米硫酸钡改性时选择复合型改性剂,可以充分发挥每种改性剂自身的优势,使得改性效果比单一改性效果更好,满足专业化、功能化的需求。

  采用硬脂酸钠对超细硫酸钡做表面改性。研究发现,温度和质量分数均有所降低,节约了能耗,活化度达到99.90%。用棕榈酸钠/硬脂酸钠复合改性剂改性后,产品的耐热性能比单一改性剂改性的效果有所提高,粒度分布变窄,平均粒径从0.89μm(未改性)减小到0.78μm。这是因为改性剂的极性基团与硫酸钡粒子反应,非极性基团包覆在外面,复合改性后,各长碳链之间相互缠绕形成网状结构,增强其疏水性。这种改性方法的使用将是未来发展的趋势之一。

  4、沉淀反应改性

  沉淀反应改性法是通过化学沉淀反应将改性剂加入到反应中,使其在硫酸钡表面形成一层包覆膜的方法。

  这种改性方法生产成本较低,操作起来也简便,沉淀条件容易控制,是对颗粒表面进行改性常用的方法之一。不同的改性剂和沉淀剂制备出的粒径、形貌也不同。

  5、无机物包覆改性

  无机物包覆改性是通过物理作用或范德华力在颗粒表面形成包覆膜,而不与其表面发生其他反应。通常选用二氧化钛、二氧化硅、氧化锌等金属氧化物作为改性剂。

  近年来,对纳米颗粒包覆改性的研究越来越多,因为硫酸钡表面包覆后能够阻止纳米粒子氧化、晶体长大、腐蚀和团聚,可改善纳米硫酸钡的表面性能,提高其表面活性点,扩展其应用范围。该法使无机颗粒在不同介质中的分散性得到提高,但包覆的均匀性、包覆强度等不易控制,是实际操作中要解决的问题。

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