CN108250803B - 一种改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法，将平均粒径为1.0‑8.0μm的碳酸钡在季戊四醇或聚丙烯酸钠和氧化锆球作用下经过四级研磨后制得的纳米级别的碳酸钡浆液进行反应和改性得到表面包覆有5‑20wt％水滑石，或5‑20wt％水滑石和1‑5wt％硬脂酸盐的改性纳米硫酸钡，热稳定性好，应用在聚氯乙烯、聚丙烯产品等领域中具有显著的有益效果：应用在聚丙烯制品，在成本和力学性能基本相近的情况下，本体系能大幅度提高产品的光泽度和阻燃性；应用在聚氯乙烯产品，透明度影响很小，雾度较低。

Description

一种改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法。
背景技术：
纳米沉淀硫酸钡是一种应用广泛的无机化工原料，近年来已成为一种重要的新型功能填充材料，不仅在塑料、橡胶、涂料、造纸、陶瓷等方面有广阔的应用前景，而且在医学材料、锂电池隔膜、线路板油墨、润滑剂、复合材料等方面具有广阔的应用前景。
目前纳米沉淀硫酸钡生产工艺主要有碳酸钡、氢氧化钡、氯化钡、硫化钡等含有钡离子的化合物与硫酸、硫酸钠、硫酸铵等含有硫酸根离子的化合物进行置换反应或者中和反应而生成纳米沉淀硫酸钡的方法，有些工艺会在合成过程中加入不同催化剂或络合剂进行催化和络合，然后再加入不同的改性剂进行改性，最后生成改性纳米沉淀硫酸钡。其中有络合法，是将NaSO4加入Ba-EDTA络合体系进行反应，反应得到的产物进行离心分离，洗涤，干燥得到纳米沉淀硫酸钡，该方法生产成本高，含有大量含盐废水。其中碳酸钡-硫酸法，是将碳酸钡加入催化剂，然后加入硫酸反应而成，然后再加入不同的改性剂进行改性，最后生成改性纳米沉淀硫酸钡，该方法生产材料价格高。应用分散困难，性价比不高。其中有超重力法，是将NaSO4和硫化钡等钡离子化合物加入超重力填料床设备，高速进行反应，反应得到的产物进行离心分离，洗涤，干燥得到纳米沉淀硫酸钡，该方法生产含有大量含盐废水，粉体分离困难。在公开专利CN201010268877.0中公开了硬脂酸钠、乙烯基三氯硅烷、二油酰基钛酸乙二醇酯、钛酸四丁酯和硅酸钠对粒径30-300nm沉淀硫酸钡的表面改性，改性后沉淀硫酸钡粒子界面清晰，无明显团聚，分散性好。在公开专利CN201110205890.6中公开了一种纳米硫酸钡的生产方法，工艺过程包括催化转型、洗涤和干燥三个主要步骤，先在硫酸溶液中加入催化剂和缓冲剂，然后搅拌加入碳酸钡转型过滤，得硫酸钡滤饼和转型后液，转型后液返回催化转型工序循环使用，滤饼洗涤、烘干得纳米硫酸钡产品,具有生产工艺简单，产品质量好，工艺过程无废水废渣产生，环境友好等特点。在公开专利CN201410078367.5中公开了一种易分散耐热好的改性纳米硫酸钡粉体的制备方法及其应用，该发明制得的改性纳米硫酸钡粉体具有易分散、耐热优良、白度高、含水量低等优点，能够应用于管材、片材、薄膜、无纺布、纤维、注塑塑料制品等领域的增强增韧母粒，所制备出的母粒对于薄膜等产品的撕裂强度、冲击强度等机械性能有显著的提高。但这几种改性纳米硫酸钡在聚氯乙烯、聚丙烯、润滑剂等领域应用中还存在很多不足，比如吸酸能力差、热稳定性不好、润滑性不好和透明度不够等诸多问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法，该方法得到的改性纳米沉淀硫酸钡热稳定性好，在制备聚氯乙烯、聚丙烯、润滑剂等应用中具有显著的有益效果。
本发明是通过以下技术方案予以实现的：
一种改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将平均粒径为1.0-8.0μm的碳酸钡、去离子水和季戊四醇或聚丙烯酸钠搅拌均匀，碳酸钡、水、季戊四醇或聚丙烯酸钠的质量比为50-100：50-100：1-5，然后用计量泵依次抽至串联方式设置的1-4#陶瓷卧式砂磨机，将碳酸钡浆液先用1#砂磨机进行一级研磨，再经过2#砂磨机进行二级研磨，然后经过3#砂磨机进行三级研磨，最后经过4#砂磨机进行四级研磨，砂磨机添加球珠粒径为100-2000μm的氧化锆珠，其中1-2#砂磨机添加氧化锆球珠粒径为600-2000μm，3-4#砂磨机添加氧化锆球珠粒径为100-800μm，计量泵流速控制在2-5L/min，砂磨机转速为500-2000r/min，经过四级研磨后即可制得纳米级别的碳酸钡浆液；
2)在搪瓷反应釜中加入去离子水，再加入质量分数为98％浓硫酸，保持温度恒温在35-65℃，用计量泵将步骤1)得到的碳酸钡浆液泵入到搪瓷反应釜中，加入时间控制在5-30min，反应终点pH控制在1.0-3.0之间，继续恒温搅拌1-3小时，然后用氢氧化钠溶液调PH值至6-9.5，制得纳米沉淀硫酸钡浆料；其中去离子水，质量分数为98％浓硫酸和步骤1)得到的碳酸钡浆液的质量比为50-200：5-20：10-40；
3)在搪瓷反应釜中加入步骤2)制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃，再制备10升0.18-0.43mol/L的氯化镁、0-10升0.14-0.52mol/L的氯化锌与10升g0.10-0.2mol/L的硫酸铝的混合水溶液A液，制备10升g0.10-0.2mol/L的碳酸钠水溶液B液；将A液、B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，纳米沉淀硫酸钡浆料、A液、B液三者质量比为20-80:10-50:10-30，调节反应液的PH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有5-20wt％水滑石的改性纳米沉淀硫酸钡粉体。
或，步骤3)在搪瓷反应釜中加入步骤2)制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃，再制备10升0.18-0.43mol/L的氯化镁、0-10升0.14-0.52mol/L的氯化锌与10升g0.10-0.2mol/L的硫酸铝的混合水溶液A液，制备10升g0.10-0.2mol/L的碳酸钠水溶液B液；将A液、B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，调节反应液的PH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，加入浓度为5wt％硬脂酸钠溶液，控制加入时间在20min，纳米沉淀硫酸钡浆料、A液、B液、硬脂酸钠溶液四者质量比为20-80:10-50:10-30:1-10，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有约1-5wt％硬脂酸盐和5-20wt％水滑石的改性纳米沉淀硫酸钡粉体。
本发明还保护所述的改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法得到的改性纳米沉淀硫酸钡粉体及其应用。
本发明得到的改性纳米硫酸钡应用在聚氯乙烯、聚丙烯产品。
本发明的有益效果如下：
本发明将平均粒径为1.0-8.0μm的碳酸钡在季戊四醇或聚丙烯酸钠和氧化锆球作用下经过四级研磨后制得的纳米级别的碳酸钡浆液进行反应和改性得到表面包覆有5-20wt％水滑石，或5-20wt％水滑石和1-5wt％硬脂酸盐的改性纳米硫酸钡，热稳定性好，应用在聚氯乙烯、聚丙烯产品等领域中具有显著的有益效果。本发明应用在聚丙烯制品，在成本和力学性能基本相近的情况下，本体系能大幅度提高产品的光泽度和阻燃性。本发明应用在聚氯乙烯产品，透明度影响很小，雾度较低。
附图说明：
图1是实施例1得到的纳米级别的碳酸钡浆液的粒径测定结果；
图2是实施例1得到的纳米级别的碳酸钡浆液的SEM扫描电镜图；
图3是实施例2得到的纳米级别的碳酸钡浆液的粒径测定结果；
图4是对比例1得到的纳米级别的碳酸钡浆液的粒径测定结果；
图5是对比例2得到的纳米级别的碳酸钡浆液的粒径测定结果；
图6是实施例5中制得的纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图7是实施例5中制得的纳米沉淀硫酸钡的扫描电镜图；
图8是对比例3制得的纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图9是实施例6中制得的纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图10是对比例4制得的纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图11是实施例7所获得的表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图12是实施例7所获得的表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡的TEM透射电镜图；
图13是实施例8所获得的表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图14是实施例9所获得的表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图15是实施例10所获得的表面包覆硬脂酸盐纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图16是实施例10所获得的表面包覆硬脂酸盐纳米沉淀硫酸钡的TEM透射电镜图；
图17是实施例11所获得的表面包覆硬脂酸盐纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果；
图18是实施例12所获得的表面包覆硬脂酸盐纳米沉淀硫酸钡的粒径测定结果。
具体实施方式：
以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：制备纳米级别的碳酸钡浆液
使用200L的不锈钢搅拌桶，加入碳酸钡100Kg(贵州红星生产的平均粒径为2.67μm的轻质碳酸钡)，加入100公斤去离子水，再加入2公斤季戊四醇，在不锈钢搅拌桶里搅拌均匀，然后用计量泵依次抽至10L的串联方式设置的1-4#陶瓷卧式砂磨机(派勒纳米砂磨机PHN-10)中，在陶瓷卧式砂磨机中添加有氧化锆珠(圣戈班西普生产的Zirmil Y)，其中1-2#砂磨机添加氧化锆球珠粒径为800-1200μm，3-4#砂磨机添加氧化锆球珠粒径为100-300μm，将碳酸钡浆液先用1#砂磨机进行一级研磨，再经过2#砂磨机进行二级研磨，然后经过3#砂磨机进行三级研磨，最后经过4#砂磨机进行四级研磨，计量泵流速控制在3L/min,砂磨机转速为1450r/min,经过四级研磨后即可制得纳米级别的碳酸钡浆液。粒径测定结果如图1所示，平均粒径为98.2nm，SEM扫描电镜图如图2所示。
实施例2：制备纳米级别的碳酸钡浆液
参考实施例1，不同之处在于，季戊四醇用聚丙烯酸钠代替，制得纳米级别的碳酸钡浆液，进行粒径测定结果示于图3中,平均粒径为96.6nm。
对比例1：制备纳米级别的碳酸钡浆液
参考实施例1，不同之处在于，季戊四醇用碳酸钠代替，制得纳米级别的碳酸钡浆液。进行粒径测定结果示于图4中,平均粒径为271.4nm。
对比例2：制备纳米级别的碳酸钡浆液
参考实施例1，不同之处在于，没有添加季戊四醇。
所获得的碳酸钡浆液进行粒径测定结果示于图5中,平均粒径为352.6nm。
实施例3：制备纳米级别的碳酸钡浆液
参考实施例1，不同之处在于：季戊四醇为1公斤，计量泵流速控制在2L/min。
实施例4：制备纳米级别的碳酸钡浆液
参考实施例1，不同之处在于：季戊四醇为10公斤，计量泵流速控制在5L/min。
利用以下方法将上述实施例1-4和对比例1-2制得的的碳酸钡浆液和市购的轻质碳酸钡(贵州红星发展生产的轻质碳酸钡，平均粒径为2.67μm)分别进行反应性试验：
1、取2000毫升的玻璃烧杯，加入1000毫升的工业氯化钠卤水，加入固体份折算为20g上述不同的实施例1-4和对比例1-2制得的碳酸钡样品，溶液恒温保持在60℃，搅拌30分钟，搅拌速度为200r/min,然后用G4砂芯漏斗进行过滤，取出过滤后的清液，然后检测盐水和碳酸钡反应前后的硫酸根含量。
2、取1000毫升的玻璃烧杯，加入500毫升的去离子水，然后加入100g的碳酸钡样品，一边搅拌，搅拌速度控制在200r/min,然后一边加入浓度为98％浓的硫酸，加入硫酸控制在每分钟5-10g，一直加至反应终点PH值等于2，然后记录硫酸的加入重量，最后计算出碳酸钡和硫酸的反应率。
试验检测数据如表1所示：
表1
Figure BDA0001559205210000071
从上述表1实验数据来看，本发明的纳米碳酸钡可以明显提高产品与硫酸根的反应率，能更加有效的去除氯化钠盐水中的硫酸根，有效提高碳酸钡在盐水除杂应用中的使用效率，也能大幅度的提高碳酸钡和硫酸的反应率。
实施例5：制备纳米沉淀硫酸钡
在100L搪瓷反应釜中加入50Kg去离子水，再加入5Kg浓硫酸(浓度为98wt％)，保持温度恒温在35-65℃，取上述实施例1中制备的纳米碳酸钡浆料20Kg(碳酸钡固含量约10Kg)，用计量泵慢慢泵入到100L搪瓷反应釜中，加入时间控制在10min，至碳酸钡反应完成。反应终点pH控制在1.0-3.0之间。继续恒温搅拌1-3小时，然后用10wt％氢氧化钠溶液调PH值至6-9.5，制得纳米沉淀硫酸钡浆料。经过过滤洗涤、烘干和气流粉碎，获得纳米沉淀硫酸钡粉体。所获得的纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图6中,平均粒径为64.2nm。纳米沉淀硫酸钡的SEM扫描电镜图片示于图7中。
对比例3：制备纳米沉淀硫酸钡
参考实施例5，不同之处在于用轻质碳酸钡浆料20Kg(碳酸钡为贵州红星生产的轻质碳酸钡，平均粒径为2.67μm，碳酸钡固含量约10Kg)代替实施例1中制备的纳米碳酸钡浆料20Kg。所获得的纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图8中,平均粒径为193nm。
实施例6：制备纳米沉淀硫酸钡
在100L搪瓷反应釜中加入50Kg去离子水，再加入5Kg浓硫酸(浓度98wt％),保持温度恒温在35-65℃，取上述实施例1中的纳米碳酸钡浆料20Kg(碳酸钡固含量约10Kg)，用计量泵慢慢泵入到100L搪瓷反应釜中，加入时间控制在20min，至碳酸钡反应完成。反应终点pH控制在1.0-3.0之间。继续恒温搅拌1-3小时，然后用为10wt％氢氧化钠溶液调PH值至6-9.5，制得纳米沉淀硫酸钡浆料。经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得纳米沉淀硫酸钡粉体，进行粒径测定结果示于图9中,平均粒径为69nm。
对比例4：制备纳米沉淀硫酸钡
参考实施例6，不同之处在于用轻质碳酸钡浆料20Kg(碳酸钡为贵州红星生产的轻质碳酸钡，平均粒径为2.67μm，碳酸钡固含量约10Kg)代替实施例1中制备的纳米碳酸钡浆料20Kg。所获得的纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图10中,平均粒径为136nm。
将上述实施例5-6和对比例3-4的纳米沉淀硫酸钡粉体，还有市面购买的纳米沉淀硫酸钡(清远莱科生产的纳米沉淀硫酸钡MB-103，平均粒径为80nm)分别按照标准EN71Part3:1994和EN14582：2007进行性可溶性钡(Ba)和卤素(氯Cl)的测试：
测试结果如表2：(ND代表未检出)
表2
Figure BDA0001559205210000091
从上述表2实验测试数据来看，本发明的纳米沉淀硫酸钡没有检测出可溶性钡离子和卤素氯离子，而对比例都存在可溶性钡离子的问题，对比例3还大幅度超出欧盟ROSH标准,另外MB-103还存在有卤素Cl的问题。
实施例7：
在100L的搪瓷反应釜中加入折算固含量为4400g的实施例5制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃左右，再制备10升0.18mol/L浓度的氯化镁、10升0.25mol/L浓度的氯化锌与10升g0.10mol/L浓度的硫酸铝的混合水溶液(A液)、10升g0.10mol/L浓度的碳酸钠水溶液(B液)及10升g1.26mol/L浓度的氢氧化钠水溶液(C液)。然后对A液、B液和C液使用定量泵，将A液：B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，利用C液将反应液的PH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，生成表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有12wt％水滑石的纳米沉淀硫酸钡粉体。
对实施例7表面包覆物进行XRD、NMR、FT-IR、及XPS表征，验证表面包覆物的结构为水滑石，其结构为：Mg1.8Zn2.5Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O。
将实施例7所获得的表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图11中，平均粒径为87.5nm。表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡的TEM透射电镜图片示于图12中。
实施例8
在100L的搪瓷反应釜中加入折算固含量为4450g实施例5制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃左右，再制备10升0.29mol/L浓度的氯化镁、10升0.14mol/L浓度的氯化锌与10升g0.10mol/L浓度的硫酸铝的混合水溶液(A液)、10升g0.10mol/L浓度的碳酸钠水溶液(B液)及10升g1.26mol/L浓度的氢氧化钠水溶液(C液)。然后对A液、B液和C液使用定量泵，将A液：B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，利用C液将反应液的PH保持在9.0-9.5的范围，继续恒温搅拌2小时，生成表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有11wt％水滑石的纳米沉淀硫酸钡粉体。
对实施例8表面包覆物进行XRD、NMR、FT-IR、及XPS表征，验证表面包覆物的结构为水滑石，其结构为：Mg2.9Zn1.4Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O。
将实施例8所获得的表面包覆纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图13中，平均粒径为92.9nm。
实施例9
在100L的搪瓷反应釜中加入折算固含量为4500g的实施例5制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃左右，再制备10升0.43mol/L浓度的氯化镁与10升g0.10mol/L浓度的硫酸铝的混合水溶液(A液)、10升g0.10mol/L浓度的碳酸钠水溶液(B液)及10升g1.26mol/L浓度的氢氧化钠水溶液(C液)。然后对A液、B液和C液使用定量泵，将A液：B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，利用C液将反应液的PH保持在9.0-9.5的范围，继续恒温搅拌2小时，生成表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有10wt％水滑石的纳米沉淀硫酸钡粉体。
对实施例9表面包覆物进行XRD、NMR、FT-IR、及XPS表征，验证表面包覆物的结构为水滑石，其结构为：Mg4.3Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O。
将实施例9所获得的表面包覆水滑石纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图14中，平均粒径为93.4nm。
实施例10
在100L的搪瓷反应釜中加入折算固含量为4300g的实施例5制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃左右，再制备10升0.43mol/L浓度的氯化镁与10升g0.10mol/L浓度的硫酸铝的混合水溶液(A液)、10升g0.10mol/L浓度的碳酸钠水溶液(B液)及10升g1.26mol/L浓度的氢氧化钠水溶液(C液)。然后对A液、B液和C液使用定量泵，将A液：B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，利用C液将反应液的PH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，然后加入4000ml皂化好浓度为5wt％硬脂酸钠溶液，控制加入时间在20min,生成表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有4.0wt％硬脂酸盐和10％水滑石的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡粉体。
对实施例10表面无机包覆物进行XRD、NMR、FT-IR、及XPS表征，验证表面无机包覆物的结构为水滑石，其结构为：Mg4.3Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O。
将实施例10所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图15中，平均粒径为94.8nm。表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡的TEM透射电镜图片示于图16中。
实施例11
在100L的搪瓷反应釜中加入折算固含量为4200g的实施例5制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃左右，再制备10升0.18mol/L浓度的氯化镁、10升0.25mol/L浓度的氯化锌与10升g0.10mol/L浓度的硫酸铝的混合水溶液(A液)、10升g0.10mol/L浓度的碳酸钠水溶液(B液)及10升g1.26mol/L浓度的氢氧化钠水溶液(C液)。然后对A液、B液和C液使用定量泵，将A液：B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，利用C液将反应液的PH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，然后加入4000ml皂化好浓度为5wt％硬脂酸钠溶液，控制加入时间在20min,生成表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有4wt％硬脂酸盐和12％水滑石的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡粉体。
对实施例11表面无机包覆物进行XRD、NMR、FT-IR、及XPS表征，验证表面无机包覆物的结构为水滑石，其结构为：Mg1.8Zn2.5Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O。将实施例11所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图17中平均粒径为91.2nm。
实施例12
在100L的搪瓷反应釜中加入折算固含量为4500g的实施例5制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃左右，再制备10升0.34mol/L浓度的氯化镁、10升0.52mol/L浓度的氯化锌与10升g0.20mol/L浓度的硫酸铝的混合水溶液(A液)、10升g0.20mol/L浓度的碳酸钠水溶液(B液)及10升2.52mol/L浓度的氢氧化钠水溶液(C液)。然后对A液、B液和C液使用定量泵，将A液：B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，利用C液将反应液的PH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，然后加入6000ml皂化好浓度为5wt％硬脂酸钠溶液，控制加入时间在20min,生成表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有5wt％硬脂酸盐和20％水滑石的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡粉体。
对实施例12表面无机包覆物进行XRD、NMR、FT-IR、及XPS表征，验证表面无机包覆物的结构为水滑石，其结构为：Mg1.7Zn2.6Al2(OH)12.6CO3·3.5H2O。
将实施例12所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡进行粒径测定结果示于图18中平均粒径为94.5nm。
实施例13
称取共聚聚丙烯7.5Kg、实施例7所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡2.5Kg、215抗氧剂10g、EBS润滑剂50g、季戊四醇硬脂酸酯100g，将所有材料在高混机中混合5分钟，将混合好的料加入双螺杆挤出机料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出，经水冷、风干、切粒、最后包装成产品。
实施例14
称取共聚聚丙烯7.5Kg、实施例8所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡2.5Kg、215抗氧剂10g、EBS润滑剂50g、季戊四醇硬脂酸酯100g，将所有材料在高混机中混合5分钟，将混合好的料加入双螺杆挤出机料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出，经水冷、风干、切粒、最后包装成产品。
实施例15
称取共聚聚丙烯7.5Kg、实施例9所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡2.5Kg、215抗氧剂10g、EBS润滑剂50g、季戊四醇硬脂酸酯100g，将所有材料在高混机中混合5分钟，将混合好的料加入双螺杆挤出机料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出，经水冷、风干、切粒、最后包装成产品。
对比例5
称取共聚聚丙烯7.5Kg、(清远莱科生产的纳米沉淀硫酸钡MB-103，平均粒径为80nm)2.5Kg、215抗氧剂10g、EBS润滑剂50g、季戊四醇硬脂酸酯100g，将所有材料在高混机中混合5分钟，将混合好的料加入双螺杆挤出机料斗中，经双螺杆挤出机熔融共混挤出，经水冷、风干、切粒、最后包装成产品。
上述双螺杆挤出工艺条件，平行双螺杆挤出机螺杆直径为35毫米，双螺杆控温设置，一区温度为180℃，二区温度为190℃，三区温度为1950℃，四区温度为200℃，五区温度为200℃，六区温度为200℃，双螺杆模头温度为210℃，螺杆转数控制在200-300r/min。
将上述实施例13-15制成的聚丙烯产品和对比例5制成的聚丙烯产品注塑成标准试样，测试性能如下面表3所示：
表3
性能 测试标准 实施例13 实施例14 实施例15 对比例5
光泽度 ISO2813 90 89 88 85
拉伸强度/Mpa ISO527 32.5 30.8 30.5 29.4
弯曲强度/Mpa ISO178 43.2 42.0 41.2 40.8
冲击强度/KJ/m<sup>2</sup> ISO180 4.5 4.3 4.2 3.2
阻燃等级UL94 UL94 V2 V2 V2 HB
热变形温度/℃ ISO75-2 116 114 114 112
通过上述表3数据的对比，本发明在聚丙烯制品应用的各项指标都优于对比例5纳米沉淀硫酸钡填充的聚丙烯制品，在成本和力学性能基本相近的情况下，本体系能大幅度提高产品的光泽度和阻燃性。
实施例16
将实施例10所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡和聚氯乙烯进行混合，得到含有水滑石和硬脂酸盐的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡与聚氯乙烯聚合物，配方为400gPVC,120gDOP,20g环氧大豆油，2g聚乙烯蜡，10g实施例10所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡，3g热稳定剂。在高混机捏合均匀，将混合料在双辊炼胶机上160炼化10min,压制成0.8mm厚的试片。
实施例17
将实施例11所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡和聚氯乙烯进行混合，得到含有水滑石和硬脂酸盐的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡与聚氯乙烯聚合物，配方为
400gPVC,120gDOP,20g环氧大豆油，2g聚乙烯蜡，10g实施例11所获得的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡，3g热稳定剂。在高混机捏合均匀，将混合料在双辊炼胶机上160炼化10min,压制成0.8mm厚的试片。
对比例6
将市场上购买的进口二元水滑石和聚氯乙烯进行混合，得到含有进口二元水滑石的聚氯乙烯聚合物，配方为400gPVC,120gDOP,20g环氧大豆油，2g聚乙烯蜡，10g进口二元水滑石，3g热稳定剂。在高混机捏合均匀，将混合料在双辊炼胶机上160炼化10min,压制成0.8mm厚的试片。
对比例7
将市场上购买的进口三元水滑石和聚氯乙烯进行混合，得到含有进口三元水滑石的聚氯乙烯聚合物，配方为400gPVC,120gDOP,20g环氧大豆油，2g聚乙烯蜡，10g进口三元水滑石，3g热稳定剂。在高混机捏合均匀，将混合料在双辊炼胶机上160炼化10min,压制成0.8mm厚的试片。
对比例8
将市场上购买的改性纳米沉淀硫酸钡(清远莱科生产的改性纳米沉淀硫酸钡MB-103，平均粒径为80nm)和聚氯乙烯进行混合，得到含有改性纳米沉淀硫酸钡的聚氯乙烯聚合物，配方为400gPVC,120gDOP,20g环氧大豆油，2g聚乙烯蜡，10g改性纳米沉淀硫酸钡MB-103，3g热稳定剂。在高混机捏合均匀，将混合料在双辊炼胶机上160炼化10min,压制成0.8mm厚的试片。
测试方法：
1、静态热稳定性实验
参照美国标准ASTM2115-67，将试片裁成30mm*80mm的小试片将试片置于不锈钢片上，在老化试验箱中于200℃恒温加热，每隔10min取样。
2、刚果红实验
将5.0g试片裁成2mm*2mm的细粒装入试管中，轻微震动，在试管口放入一天刚果红试纸，参照中国标准GB/T2917.1-2012，将装有试料的试管放入200℃的油浴中，恒温200℃，测试分解出的氯化氢导致试样上方的刚果红试纸下端变蓝色的时间，为刚果红试纸初始变色时间。
3、透明性实验
取约15g试片，裁成五片80mm*80mm的小试片，然后将小试片叠加在一起，放入80mm*80mm的模具中，在硫化压片中，170都下压3min,制成60mm*60mm的测试片，参照GB2410-80,用光电雾度仪测试雾度。
测试该聚合物的热稳定和雾度等情况如下：
表4
Figure BDA0001559205210000181
上述表4结果证明了本发明的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡的粒径小于100nm,实施例16-17获得的聚合物产品如聚氯乙烯的产品试片变黄时间长，变黑时间长，刚果红试验初始变色时间长，表明本发明的表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡热稳定能力越强，同时根据制备得到聚氯乙烯聚合物产品来看，本发明含有表面包覆活性纳米沉淀硫酸钡的聚氯乙烯的透明度影响很小，雾度较低。而对比例6添加改性纳米沉淀硫酸钡MB-103的聚氯乙烯聚合物产品则雾度较大，耐酸性较差。

Claims (1)

1.改性纳米沉淀硫酸钡粉体的应用，其特征在于，应用在聚氯乙烯、聚丙烯产品；所述改性纳米沉淀硫酸钡粉体的制备方法，包括以下步骤：
1)将平均粒径为1.0-8.0μm的碳酸钡、去离子水和季戊四醇或聚丙烯酸钠搅拌均匀，碳酸钡、水、季戊四醇或聚丙烯酸钠的质量比为50-100：50-100：1-5，然后用计量泵依次抽至串联方式设置的1-4#陶瓷卧式砂磨机进行研磨，砂磨机添加球珠粒径为100-2000μm的氧化锆珠，其中1-2#砂磨机添加氧化锆球珠粒径为600-2000μm，3-4#砂磨机添加氧化锆球珠粒径为100-800μm，计量泵流速控制在2-5L/min，砂磨机转速为500-2000r/min，经过四级研磨后即可制得纳米级别的碳酸钡浆液；
2)在搪瓷反应釜中加入去离子水，再加入质量分数为98％浓硫酸，保持温度恒温在35-65℃，用计量泵将步骤1)得到的碳酸钡浆液泵入到搪瓷反应釜中，加入时间控制在5-30min，反应终点pH控制在1.0-3.0之间，继续恒温搅拌1-3小时，然后用氢氧化钠溶液调pH值至6-9.5，制得纳米沉淀硫酸钡浆料；其中去离子水，质量分数为98％浓硫酸和步骤1)得到的碳酸钡浆液的质量比为50-200：5-20：10-40；
3)在搪瓷反应釜中加入步骤2)制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃，再制备10升0.18-0.43mol/L的氯化镁、0-10升0.14-0.52mol/L的氯化锌与10升0.10-0.2mol/L的硫酸铝的混合水溶液A液，制备10升0.10-0.2mol/L的碳酸钠水溶液B液；将A液、B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，纳米沉淀硫酸钡浆料、A液、B液三者质量比为20-80:10-50:10-30，调节反应液的pH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有5-20wt％水滑石的改性纳米沉淀硫酸钡粉体；
步骤3)或为：在搪瓷反应釜中加入步骤2)制备的纳米沉淀硫酸钡浆料，加热恒温在45-90℃，再制备10升0.18-0.43mol/L的氯化镁、0-10升0.14-0.52mol/L的氯化锌与10升0.10-0.2mol/L的硫酸铝的混合水溶液A液，制备10升0.10-0.2mol/L的碳酸钠水溶液B液；将A液、B液用流量泵全部泵入含有纳米沉淀硫酸钡浆料的反应釜中，调节反应液的pH保持在8.0-9.5的范围，继续恒温搅拌1-5小时，加入浓度为5wt％硬脂酸钠溶液，控制加入时间在20min，纳米沉淀硫酸钡浆料、A液、B液、硬脂酸钠溶液四者质量比为20-80:10-50:10-30:1-10，经过过滤洗涤、烘干和粉碎，获得表面包覆有1-5wt％硬脂酸盐和5-20wt％水滑石的改性纳米沉淀硫酸钡粉体。
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