重晶石屬正交（斜方）晶系的硫酸鹽礦物，物理化學(xué)性質(zhì)比較穩定，具有難溶于水和鹽酸、密度大、填充性好、無(wú)毒、無(wú)磁性、易吸收輻射、良好的光學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，是一種重要的無(wú)機化工產(chǎn)品，在石油化工、建材、塑料、涂料、橡膠、汽車(chē)剎車(chē)片等行業(yè)得到廣泛應用。
　　
　　重晶石用作填料時(shí)，可以改善無(wú)機/聚合物復合材料的加工性能、物理性能、化學(xué)穩定性，并大大降低樹(shù)脂用量，降低復合材料的成本]。此外，由于重晶石表面呈親水性，與有機高聚物基質(zhì)的界面性質(zhì)的差異，表面效應的存在，將其作為填料應用于有機材料時(shí)，由于兩者物質(zhì)物理化學(xué)性質(zhì)的差異，在有機材料中很難均勻分散，從而影響復合材料的綜合性能。
　　
　　目前，最有效的方法是對重晶石進(jìn)行表面改性，使改性劑在重晶石表面形成吸附層或單層膜，改變其表面特性，提高其與有機物之間的分散性和相容性，拓展其應用范圍，增加產(chǎn)品的附加值。
　　
　　當前，重晶石的表面改性及其作為填料的應用已經(jīng)得到了廣泛研究，但對重晶石的改性仍有兩方面的問(wèn)題需要深入研究：一是合適改性方法的選擇和新型改性方法的開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足重晶石不同種類(lèi)及其應用對象的需要；二是改性劑的優(yōu)化及新型改性劑的開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足更高性能的產(chǎn)品需求。
　　
　　目前，用于重晶石的改性方法主要有表面化學(xué)包覆法、機械力化學(xué)法、化學(xué)沉積法等。
　　
　　1、表面化學(xué)包覆法
　　
　　表面化學(xué)包覆法是利用化學(xué)作用將改性劑均勻穩定地包覆在顆粒表面，從而改變顆粒表面特性的方法。
　　
　　肖琴等以十二烷基硫酸鈉為改性劑，改性后其包覆在重晶石顆粒表面。研究發(fā)現，改性后重晶石在煤油中的沉降速度和沉積體積大大減小，由親水性變成親油性，接觸角增加到150.8°。周紅等也采用此法對重晶石進(jìn)行疏水調控，提高了其在煤油中的分散性、減小了團聚體的粒徑和數量，這歸因于重晶石表面的不飽和陽(yáng)離子與硬脂酸根離子和油酸鈉根離子發(fā)生反應，使其表面形成一層碳氫長(cháng)鏈的有機包覆層。
　　
　　重晶石表面化學(xué)包覆改性機理：表面改性劑吸附在重晶石表面或與其表面的羥基反應形成化學(xué)鍵，從而對重晶石進(jìn)行有機化包覆，并利用空間位阻斥力或靜電作用阻止顆粒之間發(fā)生碰撞而導致團聚，從而改善重晶石的分散性，這種改性方法工藝較復雜，但效果較好。因此，要使該方法得到大規模的應用，需要進(jìn)一步優(yōu)化其工藝并提高包覆效果。
　　
　　2、機械力化學(xué)法
　　
　　機械力化學(xué)法主要是利用機械作用力激活顆粒表面，促使顆粒與改性劑發(fā)生化學(xué)反應從而實(shí)現顆粒表面的包覆。
　　
　　黃向陽(yáng)等利用濕法球磨法，將聚合物分散劑和重晶石原料進(jìn)行濕式研磨，在機械作用力下，粉體粒徑變小，其表面出現的激活點(diǎn)也促進(jìn)了聚合物分散劑在重晶石表面發(fā)生聚合，減少了引發(fā)劑的用量，得到了細粒度優(yōu)異、分散性高的活性重晶石粉體，并提高了涂料的分散性、穩定性。陳有雙等在高速攪拌機機械力的作用下，成功地將硬脂酸包覆在重晶石表面制備得到活性重晶石粉末，可在橡膠中替代炭黑作為一種新型的補強材料。研究發(fā)現，填充適量的活性重晶石，可以增強重晶石/橡膠復合材料的機械性能，這歸因于機械力化學(xué)改性有助于防止重晶石顆粒的團聚，增強其在基體中分散性與相容性。Wang等通過(guò)機械化學(xué)濕法研磨制備了重晶石/TiO2的復合材料。結果表明，在濕法研磨過(guò)程中的釋放的機械能可以促進(jìn)二氧化鈦包覆在重晶石表面，且包覆效果受到機械共磨速度、共磨時(shí)間等條件的影響，在最佳條件下制備的重晶石/TiO2復合粒子的顏料性能與TiO2相近。
　　
　　重晶石機械力化學(xué)法改性機理：主要是利用超細粉碎及其他強烈機械力作用有目的地激活粉體顆粒的表面自由能，以改變粉體表面組織、結構和性能、產(chǎn)生晶格畸變與位錯，增強它與改性劑的反應活性，極大提高粉末活性和改善顆粒分布均勻性及增強其與基體之間界面作用。
　　
　　機械力化學(xué)改性法工藝相對簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，在實(shí)際應用中得到了廣泛的應用，主要適用于顆粒較大的重晶石，但對于顆粒較小的納米重晶石，使用單一的機械力化學(xué)改性效果不佳。進(jìn)一步提高粉體與改性劑在改性過(guò)程中的作用均勻性并降低改性劑用量，通過(guò)與其他改性方法聯(lián)合使用提高包覆效果，引入新型改性設備簡(jiǎn)化工藝、降低能耗、提高改性過(guò)程環(huán)保性，如：氣流磨、蜂巢蜜，將是機械力化學(xué)改性的發(fā)展方向。
　　
　　3、化學(xué)沉積法
　　
　　化學(xué)沉積法是通過(guò)加入改性劑或沉淀劑在顆粒表面進(jìn)行沉淀反應，經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥、焙燒等步驟，從而在顆粒表面牢固地形成包覆膜，從而改善顆粒的光、電、磁、熱等性能。
　　
　　胡興航等等將改性后的兩種粉體漿料充分混合攪拌、過(guò)濾、干燥和研磨分散制備了重晶石/鈦白粉復合顏料。結果表明，經(jīng)過(guò)疏水調控后的重晶石表面均勻包覆了TiO2顆粒，復合顏料具有與鈦白粉相當的吸油值、遮蓋力，可作顏料使用。ZHOU等采用TiOSO4溶液化學(xué)法，通過(guò)水解和沉淀形成水解復合物，除雜并干燥煅燒制備了重晶石/TiO2復合顆粒材料。研究發(fā)現，重晶石與TiO2之間通過(guò)強化學(xué)鍵將它們牢固地結合成重晶石/TiO2復合顆粒，復合粉體均勻致密，具有與TiO2相近的顏料性能。
　　
　　重晶石化學(xué)沉積法改性的機理：主要是通過(guò)化學(xué)反應將改性劑沉積在重晶石表面形成一層或多層包覆層，這種包覆處理可以降低粒子的表面活性并阻止其團聚，提高重晶石在不同介質(zhì)中的分散性和穩定性。該方法主要適用于無(wú)機表面改性劑的改性，但反應過(guò)程不易控制而獲得均勻的包覆層。因此，需要進(jìn)一步探索化學(xué)沉積過(guò)程中影響其沉積均勻性的工藝條件及其影響機理，提高其過(guò)程的可控性。
　　
　　資料來(lái)源：《朱福生,楊振,熊芳,等.重晶石表面改性研究進(jìn)展[J].化工礦物與加工,2022,51(12):46-52》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！