Пет метода за модифициране на повърхността и характеристики на нано-бариев сулфат

Нано-бариевият сулфат, като нов вид неорганичен материал, се използва широко в много области поради своите предимства като висока специфична повърхност, висока активност и добра диспергируемост.
Въпреки това, от една страна, нано-бариевият сулфат има свойствата на хидрофилност и олеофобност и има голяма разлика в полярността между него и полимерната матрица, така че лесно се агломерира в полимера и има лоша диспергируемост, което намалява неговата механични свойства; от друга страна, поради високата повърхностна активност на нано-бариевия сулфат, е много вероятно съседните частици да се агломерират или агломерират, което влияе върху приложението му в производството.
Следователно, за да се подобри способността за диспергиране на бариев сулфат в полимери и да се подобри цялостната производителност на нано-бариев сулфат в композитни материали, е необходимо да се модифицира повърхността на нано-бариев сулфат, за да се разшири обхватът му на приложение.

1. Метод за модификация на свързващия агент
Свързващият агент е вид вещество с амфифилна структура, което може да свързва неорганично-филната група и органично-филната група, т.е. свързващият агент играе ролята на молекулярен мост, като по този начин подобрява интерфейса между неорганични и органични вещества . Типичните свързващи агенти включват силани, алуминати, титанати и др.
Силаните в момента са най-широко използваните свързващи агенти с големи дози. Те са много ефективни за неорганични наночастици с хидроксилни групи на повърхността, но общите силанови свързващи агенти нямат силна връзка с повърхността на бариев сулфат. По-ефективен е многокомпонентният свързващ агент, който може да силанизира повърхността на нано-бариев сулфат, но е скъп и сложен за използване.
Титанатните свързващи агенти имат добър модифициращ ефект върху повечето неорганични частици, тъй като титанатите могат да образуват химически връзки със свободни протони на повърхността на нано-бариев сулфат, като по този начин образуват органичен филм върху повърхността му, причинявайки промени в повърхностните свойства. Но поради високата му цена и наличието на вредни за човешкото здраве съставки, приложението му става все по-рядко.
Алуминатният свързващ агент е нов тип свързващ агент. Лесно хидролизираните алкокси групи в неговите молекули реагират химически със свободните протони на повърхността на бариев сулфат, за да произведат мономолекулен филм и да образуват необратима Al-O връзка, като по този начин подобряват работата на продукта. Неговата производителност също е по-добра от другите свързващи агенти.

2. Метод за модификация на повърхностно активното вещество
Повърхностно активното вещество има дълговерижна алкилова група в единия край на молекулата, която може да бъде равномерно диспергирана в полимерната матрица; другият край е полярна хидрофилна група, която може да претърпи физическа адсорбция или химическа реакция с повърхността на бариев сулфат и да се увие около повърхността на бариев сулфат, за да постигне целта на модификацията. Обичайните повърхностно активни вещества включват висши мастни киселини и техните соли, алкохоли, амини, фосфати и др.
Повърхностноактивните вещества имат ниска цена, много видове и голяма производителност. Различни видове повърхностноактивни вещества могат да се използват за синтезиране на продукти с различни свойства. Технологията на модификация е сравнително зряла, така че се използва все повече и повече. Мастните киселини (соли) са по-често използвани и много евтини повърхностни модификатори за бариев сулфат. Модифицираният нано бариев сулфат има по-добра диспергируемост и афинитет в полимерите. Модифицираният нано бариев сулфат не се утаява лесно във вода поради повърхностното му напрежение, така че степента на активиране може да се използва за отразяване на ефекта от повърхностната модификация.

3. Метод за модификация на композитен модификатор
Композитният модификатор е съставна формула, съставена от два или повече единични модификатора, като натриев палмитат/натриев стеарат, натриев стеарат/цинков сулфат, натриев стеарат/натриев додецил сулфонат/алилов алкохол полиоксиетиленов етер и други съставни модификатори. Когато модифицирате нано бариев сулфат, композитният модификатор може да даде пълна игра на предимствата на всеки модификатор, правейки ефекта на модификация по-добър от единичния ефект на модификация, отговаряйки на нуждите от специализация и функционализация.
Zhang Beibei и др. използва натриев стеарат за модифициране на повърхността на ултрафин бариев сулфат. Проучването установи, че температурата и масовата част са намалени, консумацията на енергия е спестена и степента на активиране достига 99,90%. След модификация с композитен модификатор натриев палмитат/натриев стеарат, устойчивостта на топлина на продукта беше подобрена в сравнение с ефекта на модификация с един модификатор, разпределението на размера на частиците стана по-тясно и средният размер на частиците беше намален от 0.89μm (немодифициран) до 0,78 μm. Това е така, защото полярните групи на модификатора реагират с частиците бариев сулфат, а неполярните групи са покрити отвън. След композитната модификация, дългите въглеродни вериги се преплитат, за да образуват мрежеста структура, което подобрява нейната хидрофобност. Използването на този метод на модификация ще бъде една от бъдещите тенденции на развитие.

4. Метод за модификация на реакцията на утаяване
Методът за модификация на реакцията на утаяване е метод, при който модификаторът се добавя към реакцията чрез реакция на химическо утаяване, за да се образува покриващ филм върху повърхността на бариев сулфат.
Този метод на модификация има ниски производствени разходи, лесен е за работа и условията на валежите са лесни за контрол. Това е един от често използваните методи за модифициране на повърхността на частиците. Различните модификатори и утаители произвеждат различни размери и морфологии на частиците.

5. Метод за модифициране на неорганично покритие
Неорганичната модификация на покритието е да се образува покривен филм върху повърхността на частиците чрез физическо действие или сила на Ван дер Ваалс без други реакции с неговата повърхност. Като модификатори обикновено се избират метални оксиди като титанов диоксид (TiO2), силициев диоксид (SiO2) и цинков оксид.

През последните години има нарастващ брой изследвания върху покритието и модификацията на наночастиците, тъй като покритието с бариев сулфат може да предотврати наночастиците от окисление, растеж на кристали, корозия и агломерация, да подобри повърхностните свойства на нано бариевия сулфат, да увеличи повърхностната му активност точки и разширяване на обхвата му на приложение. Този метод подобрява диспергируемостта на неорганичните частици в различни среди, но еднородността и здравината на покритието са трудни за контролиране, което е проблем, който трябва да бъде решен при реална работа.