CN101418140A

CN101418140A - 表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料及其制备方法

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Publication number: CN101418140A
Application number: CNA2008101436614A
Authority: CN
Inventors: 胡智勇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: CN101418140B

Abstract

本发明公开了一种表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，该材料是由硫酸钡粉体悬浮液经处理剂进行表面改性处理后制备得到，所述处理剂为硬脂酸盐、硅酸盐、有机络合剂或带功能基团偶联剂，所述硫酸钡粉体的粒径为100nm～2μm。该材料的制备方法包括以下步骤：将碳酸钡、硫酸溶液和隔离剂进行合成反应，反应后得到的硫酸钡粉体悬浮液经熟化、分离、洗涤、浆化后再进行表面改性处理，干燥后得到成品，所述隔离剂为硫酸盐、磷酸盐、硅溶胶、有机络合剂或聚乙烯钠。本发明的粉体材料具有粒径小、功能性强、成本低等优点，本发明的制备方法具有投资少、能耗少、工艺简单、无污染且产品性能优良等优点。

Description

表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种改性粉体材料及其制备，尤其涉及一种表面改性的硫酸钡基粉体材料及其制备方法。

背景技术

目前，国内的钡基粉体材料大致可分为二类：一是选用优质天然矿石——重晶石，经粉碎、分筛及适度后续处理而得到的钡基粉体，其主要技术指标BaSO₄含量在80～92％，白度85～94度，粒径分布在1～100μm，平均粒径在5～10μm；二是采用含钡原料经化学合成而得，俗称沉淀硫酸钡，通常是用芒硝(或含SO₄ ^2-溶液)与黑灰汲取液进行置换反应，再经压滤、洗涤、干燥、粉碎、包装即得沉淀硫酸钡产品，生产反应式为BaS+Na₂SO₄→BaSO₄↓+NaS，此法为国内生产沉淀硫酸钡的主要方法。专利号为CN96118396的中国专利公开了一种熔炼法制取沉淀硫酸钡的生产工艺，该工艺是通过将重晶石矿在700～800℃温度下进行锻烧、除杂后，选下来的硫酸钡含水单体进行烤干制取硫酸钡。专利号为ZL200610031397.6的中国专利还公开了一种用白炭黑废液(Na₂SO₄工业废液)生产沉淀硫酸钡的方法，虽生产成本低，但其产品仍是普通沉淀硫酸钡产品。此外，还有用氯化钡和硫酸直接合成反应，生成硫酸钡和氯化钠，但现在这种生产工艺所需设备庞大、工艺复杂、投资高、成本高，一般都不采用。最为重要的一点是，上述现有的硫酸钡粉体生产方法所得到的硫酸钡粉体均停留在微米级水平，功能性差，粒径分布大，且未经任何改良，无法满足下游应用领域的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种粒径小、功能性强、成本低且应用广泛的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，还提供一种投资少、能耗少、工艺简单、无污染且产品性能优良的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，其特征在于所述硫酸钡基超细功能粉体材料是由硫酸钡粉体悬浮液经处理剂进行表面改性处理后制备得到，所述处理剂为硬脂酸盐、硅酸盐、有机络合剂或带功能基团偶联剂，所述硫酸钡粉体的粒径为100nm～2μm(优选为100nm～1μm)。

上述技术方案中，所述硬脂酸盐优选硬脂酸钠，所述硅酸盐优选硅酸钠，所述有机络合剂优选乙二胺四乙酸和三乙醇胺的混合物，所述带功能基团偶联剂优选硅油或硅氧烷。混合物中的乙二胺四乙酸和三乙醇胺的质量比优选为1∶3。

上述处理剂的用量为硫酸钡粉体质量的0.5‰～8％。

与现有技术相比，上述技术方案中提出的硫酸钡基超细功能粉体材料不仅承继了传统硫酸钡粉体材料的优点，更为重要的是作为基体物质的硫酸钡粉体其粒径能够控制在纳米-亚微米级，平均粒径小于0.5μm，有效粒子可达98％以上，这使得该粉体材料具有优秀的工业化价值，实现了硫酸钡粉体由普通粉体向功能新材料的跨越。同时，上述技术方案中的硫酸钡基超细功能粉体材料是对改进后的硫酸钡超细粉体再进行湿法悬浮液表面改性处理后制备得到，例如，当硫酸钡粉体应用于塑料行业时，可用硬质酸盐处理剂对其表面进行改性处理；当硫酸钡粉体应用于水性涂料、油墨类行业时，可用有机络合剂对其表面进行改性处理；当硫酸钡粉体应用于橡胶类行业时，可用硅油、硅氧烷对其表面进行改性处理；当硫酸钡粉体应用于造纸类行业时，可用硅酸钠对其表面进行改性处理；通过对上述硫酸钡超细功能粉体进行表面改性处理，大大增加了该粉体材料的功能性和相容性，使得该粉体材料具备优异的表面性能，能够适应不同行业对硫酸钡基超细功能粉体材料的特殊要求。

本发明还提供一种表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料的制备方法，包括以下步骤：将碳酸钡、硫酸溶液和隔离剂进行合成反应，反应后得到的硫酸钡粉体悬浮液经熟化、分离、洗涤、浆化后再进行表面改性处理，干燥后得到成品，所述隔离剂为硫酸盐、磷酸盐、硅溶胶、有机络合剂或聚乙烯钠。所述硫酸盐优选硫酸铝，所述磷酸盐优选六偏磷酸钠，所述硅溶胶优选偏硅酸钠，所述有机络合剂优选乙二胺四乙酸或三乙醇胺，所述隔离剂的添加量可以为原料碳酸钡质量的1‰～2％。

上述表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)原料的准备：首先将原料碳酸钡进行浆化，浆化后的质量浓度一般可控制在15～50％；对硫酸溶液进行除杂，调整硫酸溶液质量浓度值为40～98％；制备或外购上述质量的隔离剂，将隔离剂加水配制成质量浓度为1～5％的溶液进行添加；

(2)合成反应：将上述准备好的隔离剂溶液添加到反应釜中，再将准备好的原料碳酸钡和硫酸溶液一同添加到反应釜中，在强搅拌下进行合成反应；合成反应的主要反应式为：

BaCO₃+H₂SO₄→BaSO₄↓+H₂O+CO₂↑

(3)中间处理：将合成反应后生成的硫酸钡粉体悬浮液依次经过熟化(即降温至常温，保持20～40分钟)、压缩机的分离、洗涤、浆化(含固量10～20％)处理；

(4)表面改性处理：向浆化后的硫酸钡粉体悬浮液中添加硫酸钡粉体质量0.5‰～8％的硬脂酸钠、硅酸钠、硅油、硅氧烷或者乙二胺四乙酸与三乙醇胺的混合物(乙二胺四乙酸与三乙醇胺的质量比优选为1∶3)；所述质量的处理剂是在加水配制成质量浓度为5～30％的溶液后添加到硫酸钡粉体悬浮液中；

(5)干燥：用热空气对表面改性处理后的硫酸钡粉体悬浮液进行干燥，制得成品。

上述制备方法中，合成反应的时间优选25～80分钟，反应温度优选控制在20～60℃。

需要特别指出的是，在中间处理完成后(即中间处理的浆化工序之后)、表面改性处理之前可增加一道悬浮液湿法分级工序，所述的悬浮液湿法分级工序是指：将浆化后的硫酸钡粉体悬浮液输送到连续离心机，离心过程中溢出的悬浮液进入下一步骤进行表面改性处理，未溢出的悬浮液中分离所得的固化物经过浆化、研磨后再输送到连续离心分离机循环进行湿法分级。通过所述的湿法分级技术可将有效粒子接近98％的硫酸钡粉体进一步提升至接近100％，进而更好地实现超细粉体材料的功能化和粒径分布的可控性。

上述离心机的分离因数可控制在1500～3000，通过变频、机械调速即可实现对离心机分离因数的控制。

与现有技术相比，上述制备方法的优点在于：利用固、液相原料直接进行合成反应，通过添加特殊隔离剂以及悬浮液湿法分级工序，使得硫酸钡粉体的有效粒子(根据制备需要确定，一般为1μm以下或2μm以下)得料率高达98％以上；同时，湿法分级工艺还可实现对粉体材料粒度分布的有效控制，以适应不同行业对不同粉体材料的要求。整个制备工艺不仅投资少，能耗低，而且反应速度快，生产效率高，无污染，制备得到的产品性能优越，能够广泛应用于各个工业领域。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种生产塑胶行业用的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，该粉体材料是由硫酸钡粉体悬浮液经处理剂硬脂酸钠进行表面改性处理后制备得到，作为基体的硫酸钡粉体的最大粒径在2μm以下，粒径(D50)在0.5μm以下，该粉体材料主要用来为聚乙烯(PE塑料)、聚丙烯(PP塑料)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS塑料)补强，增强其耐候性，增加光泽，降低成本。该粉体材料具有表面疏水特性，且相容性优良，其主要是通过以下方法制备得到(如图1所示流程)：

(1)原料的准备：首先将原料碳酸钡进行浆化，浆化后的质量浓度控制在30％；对硫酸溶液进行除杂，调整硫酸溶液质量浓度值为98％；准备一定量(其质量为碳酸钡质量的1％)的隔离剂硫酸铝；

(2)合成反应：将上述准备好的隔离剂硫酸铝配制成溶液(质量浓度为5％)后添加到反应釜中，再将浆化后的碳酸钡和洗涤调整后硫酸溶液一同添加到反应釜中，在强搅拌下进行合成反应，合成反应时间为40min，反应温度控制在35℃；

(3)中间处理：将合成反应后生成的硫酸钡悬浮液依次经过熟化、压缩机的分离、洗涤、浆化处理；再进行湿法分级处理(调节连续离心机的频率为35Hz，差速比控制在25r，分离因数为2200)；

(4)表面改性处理：向湿法分级处理后的硫酸钡粉体悬浮液中添加硫酸钡粉体质量0.8％的硬脂酸钠，以进行表面改性处理；

实施例2：

一种生产印刷油墨用的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，该粉体材料是由硫酸钡粉体悬浮液经乙二胺四乙酸与三乙醇胺的混合物(质量比为1∶3)进行表面改性处理后制备得到，作为基体的硫酸钡粉体的最大粒径在1μm以下，粒径(D50)在0.3μm以下，该粉体材料能大幅改善高端油墨的光艳性、色彩逼真性、耐候性和防透性，并实现超薄涂覆。该粉体材料表面具有双性基团，其主要是通过以下方法制备得到：

(1)原料的准备：首先将原料碳酸钡进行浆化，浆化后的质量浓度控制在22％；对硫酸溶液进行除杂，调整硫酸溶液质量浓度值为40％；准备一定量(其质量为碳酸钡质量的2‰)的隔离剂乙二胺四乙酸；

(2)合成反应：将上述准备好的隔离剂乙二胺四乙酸配制成溶液(质量浓度为1％)后添加到反应釜中，再将浆化后的碳酸钡和洗涤调整后硫酸溶液一同添加到反应釜中，在强搅拌下进行合成反应；合成反应时间为30min，反应温度控制在25℃；

(3)中间处理：将合成反应后生成的硫酸钡悬浮液依次经过熟化、压缩机的分离、洗涤、浆化处理；再进行湿法分级处理以进一步去除1μm以上的粒子(调节连续离心机的频率为45Hz，差速比控制在25r，分离因数为2900)；

(4)表面改性处理：向湿法分级处理后的硫酸钡粉体悬浮液中添加硫酸钡粉体质量1.5％的乙二胺四乙酸与三乙醇胺的混合物，以进行表面改性处理；

实施例3：

一种生产橡胶用的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，该粉体材料是由硫酸钡粉体悬浮液经硅氧烷进行表面改性处理后制备得到，作为基体的硫酸钡粉体的最大粒径在1μm以下，粒径(D50)在0.5μm以下，该粉体材料主要是通过以下方法制备得到：

(1)原料的准备：首先将原料碳酸钡进行浆化，浆化后的质量浓度控制在26％；对硫酸溶液进行除杂，调整硫酸溶液质量浓度值为85％；准备一定量(其质量为碳酸钡质量的2％)的隔离剂偏硅酸钠；

(2)合成反应：将上述准备好的隔离剂偏硅酸钠配制成溶液(质量浓度为3％)添加到反应釜中，再将浆化后的碳酸钡和洗涤调整后硫酸溶液一同添加到反应釜中，在强搅拌下进行合成反应；合成反应时间为60min，反应温度控制在40℃；

(3)中间处理：将合成反应后生成的硫酸钡悬浮液依次经过熟化、压缩机的分离、洗涤、浆化处理；

(4)表面改性处理：向浆化处理后的硫酸钡粉体悬浮液中添加硫酸钡粉体质量8％的硅氧烷，以进行表面改性处理；

Claims

1、一种表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，其特征在于所述硫酸钡基超细功能粉体材料是由硫酸钡粉体悬浮液经处理剂进行表面改性处理后制备得到，所述处理剂为硬脂酸盐、硅酸盐、有机络合剂或带功能基团偶联剂，所述硫酸钡粉体的粒径为100nm～2μm。

2、根据权利要求1所述的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，其特征在于所述硬脂酸盐为硬脂酸钠，所述硅酸盐为硅酸钠，所述有机络合剂为乙二胺四乙酸和三乙醇胺的混合物，所述带功能基团偶联剂为硅油或硅氧烷。

3、根据权利要求2所述的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，其特征在于所述乙二胺四乙酸和三乙醇胺的质量比为1∶3。

4、根据权利要求1～3中任一项所述的表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料，其特征在于所述处理剂的用量为硫酸钡粉体质量的0.5‰～8％。

5、一种表面改性的硫酸钡基超细功能粉体材料的制备方法，包括以下步骤：将碳酸钡、硫酸溶液和隔离剂进行合成反应，反应后得到的硫酸钡粉体悬浮液经熟化、分离、洗涤、浆化后再进行表面改性处理，干燥后得到成品，所述隔离剂为硫酸盐、磷酸盐、硅溶胶、有机络合剂或聚乙烯钠。

6、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述硫酸盐为硫酸铝，所述磷酸盐为六偏磷酸钠，所述硅溶胶为偏硅酸钠，所述有机络合剂为乙二胺四乙酸或三乙醇胺，所述隔离剂的添加量为碳酸钡质量的1‰～2％。

7、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述合成反应的时间为25～80分钟，反应温度为20～60℃。

8、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述表面改性处理的方法为向浆化后的硫酸钡粉体悬浮液中添加硫酸钡粉体质量0.5‰～8％的硬脂酸钠、硅酸钠、硅油、硅氧烷或者乙二胺四乙酸与三乙醇胺的混合物，所述乙二胺四乙酸与三乙醇胺的混合物中乙二胺四乙酸与三乙醇胺的质量比为1∶3。

9、根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于在浆化工序后、表面改性处理前增加悬浮液湿法分级工序，所述的悬浮液湿法分级工艺是指：将浆化后的硫酸钡粉体悬浮液输送到连续离心机，离心过程中溢出的悬浮液进入下一工序进行表面化处理，未溢出的悬浮液中分离所得固化物经浆化、研磨后再输送到连续离心机进行湿法分级。

10、根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述连续离心机的分离因数控制在1500～3000。