[发明专利]改性纳米硫酸钡的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纳米粉体的制备及应用，尤其涉及一种易分散耐热纳米硫酸钡的制备及应用。

背景技术

纳米硫酸钡因具有量子效应、尺寸效应、表面效应等重要的结构特性，近年来已成为一种重要的新型高档功能性填充填料。不仅在橡胶、塑料、油墨、涂料、造纸等诸多工业领域具有广阔的应用前景，而且在医学、陶瓷、水泥、复合材料等方面更具有广阔应用前景。

目前，纳米硫酸钡的生产工艺主要有两种，一种是物理法，一种是化学法。所谓物理法就是将分散剂、天然硫酸钡和氧化锆珠在水溶液里用砂磨机进行一级、二级、三级等多级砂磨，直到达到所要求的纳米尺寸，压滤、烘干、解聚即可制得纳米硫酸钡。所谓化学法就是将氯化钡、硫化钡、碳酸钡等钡盐及氢氧化钡等含有钡离子的化合物与硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵等可溶性硫酸盐及浓硫酸等含有硫酸根离子的化合物进行置换反应或者中和反应生成纳米硫酸钡的合成方法。

物理法制备的纳米硫酸钡粒径不规则、分布宽、杂质多、白度低、易二次团聚、吸油值高、不易分散、光泽度低，同时工艺步骤多、质量稳定性差、难以大规模产业化。化学法制备的纳米硫酸钡粒径具有规则球型、分布窄、白度高、杂质少等明显优势，但仍然存在易团聚、分散性差等缺点，尤其是在填充量高达80%以上的母粒上应用时，总是出现加工困难、加工设备电流大、分散性差、易黄变等缺点。

为了解决纳米硫酸钡的团聚和分散性差的问题，常见的方法是对纳米硫酸钡进行表面包覆改性，常用的改性剂包括硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、聚乙二醇、聚乙烯醇、硬脂酸盐、月桂酸盐、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、有机络合剂等。

胡志勇在中国发明专利200810143661.4中公开了硬脂酸钠、有机络合剂、硅氧烷和硅酸钠对粒径100nm～2μm（微米）沉淀硫酸钡的表面改性，其中硬脂酸钠改性的超细沉淀硫酸钡表面疏水，与塑料相容性优良；陈焰等人在中国发明专利201010268877.0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，改性后的沉淀硫酸钡粒子界面清晰，无明显团聚，分散性好。但这两种改性的纳米硫酸钡在80%填充母粒中仍存在分散困难，耐热性差、易黄变等缺陷。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种易分散耐热性好的改性纳米硫酸钡粉体的制备方法及其应用，同时提供了以该改性纳米硫酸钡粉体为主体制备的增韧增强母粒及母粒的制备方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

改性纳米硫酸钡的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将碳酸钡粉体加入自来水中，高速搅拌，形成浆化的悬浊液，悬浊液中碳酸钡的质量浓度为15%-50%；

S2、边搅拌边向步骤S1配制的硫酸钡悬浊液中滴加浓硫酸，40min内匀速滴完，反应结束时，控制反应液的pH值控制为2.5-5；

S3、过滤，得硫酸钡沉淀，并水洗直至洗涤液呈中性，然后将制得的硫酸钡沉淀分散为浆液；

S4、向浆液中加入改性剂重量含量为5%-15%的改性剂溶液，对沉淀硫酸钡进行表面处理，改性剂重量为沉淀硫酸钡重量的0.3%-3%，然后压滤脱水、闪蒸干燥制成改性纳米沉淀硫酸钡粉体。

前述步骤S4中，改性剂为质量比为2:1的硬脂酸钠与硫酸锌的混合溶液，反应时间为20min，反应温度为30-100℃，优选为60℃。

将前述方法制得的改性纳米硫酸钡粉体应用于制备管材、片材、薄膜、无纺布、纤维、注塑塑料制品的增强增韧母粒。

以前述方法得到的改性纳米硫酸钡为主体制得的母粒，包括：70%-85%的改性纳米硫酸钡粉体、1%-5%的分散剂、0.3%-1%的润滑剂、1%-3%的偶联剂、0.3%-0.5%的热稳定剂、0.1%-0.5%的抗氧剂、10%-25%的载体树脂，各百分含量均表示重量百分比。

前述的母粒，所述改性纳米硫酸钡粉体的平均粒径为10-1000nm，优选为45-120nm。

前述分散剂为聚乙烯蜡、石蜡、EVA蜡、氧化聚乙烯蜡、蒙旦酸蜡、精蜡、微粉蜡、AClyc低分子量离聚物以及超分散剂中的一种或几种。

前述润滑剂为EBS、改性EBS、油酸酰胺中的一种或几种；所述偶联剂为硬脂酸、脂肪酸、硅烷、铝酸酯、钛酸酯、磷酸酯、硼酸酯中的一种或几种；所述热稳定剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的一种或几种；所述抗氧剂为1010、1076、264、300中的一种或几种。