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| 重晶石矿制备活性重晶石粉体的研究进展 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-09-09 14:07:04 浏览次数： |
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重晶石矿粉表面改性是根据高分子材料应用的需要，利用物理、化学等方法对重晶石矿粉的表面进行处理，有目的地改变粉体原来表面的物理化学性质，提高其与高分子材料分散性、亲和性。重晶石矿粉改性中，改性剂的选择会直接影响重晶石的改性效果，以及作为填料在高分子材料中的应用效果，因此改性剂的选择对制备活性重晶石起着关键作用。在无机粉体改性中，改性剂可分为表面活性剂、偶联剂、有机聚合物、不饱和有机酸、金属氧化物及其盐、超分散剂等。目前，在活性重晶石的制备中，常用的改性剂是表面活性剂、偶联剂、金属氧化物及其盐等。
1 表面活性剂改性
根据表面活性剂活性基团的带电性可以分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂。重晶石矿粉表面电性由粉体表面的荷电离子，在不同pH 值下，重晶石矿粉会带不同电荷，当pH 小于等电点时，重晶石矿粉表面带正电; 当pH大于其等电点时，表面带负电。
改性后的重晶石矿粉，其表面因连接亲油基，增加了颗粒与颗粒之间的空间位阻( 图1) ，防止颗粒之间的相互接近，避免颗粒因碰撞聚沉，提高了在高分子材料中的分散性。
图1 改性重晶石相互作用模型1.1 阴离子表面活性剂改性
在水中电离后起表面活性作用的部分是带负电荷的表面活性剂称为阴离子表面活性剂。硬脂酸是应用广泛的阴离子表面活性剂，其分子的一端为长链烷基Ｒ，结构与聚合物结构相近，因此与聚合物基料有着良好的相容性; 分子的另一端为－COOH，可与无机矿粉发生物理、化学吸附。
未经改性的重晶石矿粉，由于其与橡胶界面的亲和性差限制了其在橡胶中的应用，将改性后的重晶石矿粉填充到橡胶中，不仅能提高重晶石的附加值，降低橡胶材料的生产成本，又能为制备耐磨性、耐老化性及具有特殊硬度的新型橡胶材料提供技术参考。张德等将未改性和用硬脂酸改性的重晶石矿粉填分别充到丁苯橡胶中，发现其伸长率由150%增加到230%，其扯断强度从1.58 MPa 提高到2.17 MPa; 当填充量为50% 时，用硬脂酸改性的重晶石矿粉比用金属酸脂改性的韧性要好，而扯断强度相当。
施利毅等在橡胶混炼过程中，在保持橡胶原有生产流程和配方不变的基础上，添加1%～ 5%表面改性过的纳米重晶石粉体，发现橡胶的耐磨性提高了1.6 倍左右。陈有双等在高速搅拌机搅拌粉体时以滴加的方式加入硬脂酸，制成活性重晶石，用于补强橡胶。通过拉伸性能、硬度、耐磨性能的分析，活化重晶石用量在为30% 时，其拉伸强度为25 MPa，断裂伸长率达到900%，橡胶复合材料的耐磨性能也有一定程度的提高。重晶石通过改性可以作为一种新型的橡胶补强材料，具有优异的补强效果及理想的加工特性。
作为油漆填料，改性后的重晶石矿粉必须与有机质油漆有良好的亲和性，均匀分散在基体中; 同时能增加油漆的光泽度、附着力等，并具有良好的抗酸、抗碱性能。王威等利用硬脂酸对重晶石矿粉表面进行改性，改性重晶石超细粉在F03－1 红酚醛调和漆中的应用实验表明，其性能均能符合指标，与有机质油漆有良好的相容性，遮盖力得到改善，可以代替价格昂贵的沉淀硫酸钡，降低生产成本。改性后的重晶石矿粉作为油漆填料，不仅可以降低成本，还可以增加油漆的厚度、强度和耐久性。
1.2 阳离子表面活性剂改性
当重晶石粉体表面带负电荷时，需采用阳离子表面改性剂，如甲基油酸氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、十二烷基三甲基溴化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵等。带正电的活性基团与重晶石表面的负电荷反应，使矿粉表面连上长链烷基，增加颗粒之间的空间位阻，避免颗粒在碰撞过程中发生团聚，从而使重晶石粉体之间分散更好，同时长链烷基与高分子材料结构相似，两者有很好的亲和性。
李琳琳研究了阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵( DTAB) 亲油化改性纳米重晶石的工艺及改性效果。研究结果表明，纳米重晶石的表面吸附了大部分的DTAB，制备的活性的重晶石表面自由能降低，由亲水性转变为疏水性，并且在一定程度上提高了纳米重晶石与液体石蜡油的相容性。
1.3 非离子表面活性剂改性
非离子表面活性剂中的亲水基团和亲油基团能分别与填料和高分子材料发生作用，加强二者联系，从而提高体系的分散性和亲和性。在制备活性重晶石时，单独使用非离子表面活性剂，得到的效果并不佳。
张凤仙等采用非离子表面改性的重晶石应用于油漆时，重晶石矿粉沉淀结块。非离子表面活性剂作为辅助剂，与阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂搭配使用，能达到更好的改性效果。
2 偶联剂改性重晶石
2.1 硅烷偶联剂改性
硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，能在有机高分子材料与无机材料之间架起一座“桥梁”，使两种性质差异较大的材料产生一种良好的界面，牢固的结合在一起。
由硅烷偶联剂进行表面改性的重晶石超细粉体作为高分子材料的填料，与高分子材料有良好的相容性和亲和力，均匀分布在基体中。欧阳兆辉等研究发现，硅烷偶联剂( WD － 60) 可以显著改善重晶石矿粉的疏水性; 改性重晶石矿粉具有良好的流动性和分散性。陈有双等将利用硅烷偶联剂(Si69) 改性的重晶石矿粉添加到橡胶中，当改性重晶石矿粉用量为20%～ 30%时，重晶石/橡胶复合材料的拉伸强度最高达到25 MPa，断裂伸长率达到700% ，且材料的耐磨性强。改性后重晶石矿粉具有优异的补强效果及理想的加工特性，可在橡胶中替代炭黑。
2.2 钛酸酯改性
钛酸酯偶联剂是美国Kenrich 石油化学公司于20 世纪70 年代中期开发的新型偶联剂，它对许多无机颗粒有良好的改性效果，按其化学结构可分为单烷氧基型、螯合型和配位型。胡春艳用单烷氧基型钛酸酯L－4 改性的重晶石矿粉疏水性能提高，按照GB 5211.15－88 测定表明，改性后重晶石矿粉吸油量下降了15%。将改性后的重晶石矿粉添加到粉末涂料时，粉末涂料外观平滑，光泽度高，可以提高粉末涂料的流平性、光泽度、机械性能等。
2.3 金属氧化物及其盐改性
重晶石表面电势的高低不仅与表面吸附的H+、OH－ 有关，存在特性吸附时，还与吸附的金属离子有关。存在特性吸附金属阳离子时，正的表面电荷增加; 存在特性吸附阴离子时，表面电荷变得更负。
杭建忠等研究用氧化铝水合物包覆层改性重晶石，并用硬脂酸对改性重晶石矿粉进行外层包覆，使粒子间的距离最短，有效的提高了纳米重晶石粒子的分散性以及与聚合物的相容性。将制备的活性重晶石应用于卷涂层材料中，涂层耐盐雾时间增加到1096 h，比空白涂层提高了20%。
重晶石矿粉表面通过化学共沉淀等方法，并经过相应的物理化学处理，将廉价的重晶石矿粉制成复合导电粉末。杨华明等以重晶石粉为基体，采用化学共沉淀技术，利用半导体掺杂原理表面包覆锑，掺杂二氧化锡制得重晶石复合导电粉末( SSB) 。研究发现SSB 添加量为20%～45%时，所制备的丙烯酸导电涂料的电阻率仅为10Ω·cm。将重晶石矿粉制成复合导电粉末，不仅可以降低导电粉末的制备成本，还可以拓宽重晶石的应用范围，提高其经济效益。
3 结语
重晶石是我国的优势资源，产量丰富，市场上的重晶石产品主要是直接粉碎所得的粗产品，产品利用率低，价值不高。无机粉体将向超细化、活性化及晶体结构复杂化方向发展，将重晶石除杂增白—表面改性一体化，不仅可提高重晶石利用率，且可提高重晶石性能、使用价值和拓宽应用领域，并对相关应用领域如高分子材料的发展有重要的实际意义。开发简便的改性工艺，研究价格相对低廉、无毒的表面改性剂，有利于促进重晶石加工的发展，有利于重晶石的综合利用及提高我国重晶石矿粉在国际上的竞争力。
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