納米硫酸鋇的濕法改性

納米硫酸鋇的濕法改性

硫酸銨是一種白色有機(jī)粉末。它可以用作各種涂料（水性、水性和粉末）、油漆、紙板、工業(yè)塑料（家用電器、塑料外殼、環(huán)保原材料）等填充劑。伴隨物質(zhì)的超細(xì)化,納米硫酸鋇具備了許多優(yōu)異性質(zhì)。相較于普通硫酸鋇,納米硫酸鋇具有光學(xué)性能好、吸附性好、抗老化力強(qiáng)、穩(wěn)定性佳等優(yōu)點(diǎn)傳統(tǒng)方法是采用普通攪拌器濕法反應(yīng)改性納米硫酸鋇,耗能高、耗時長、攪拌速度低、混合不均勻,最終產(chǎn)品活化度僅高于85%,達(dá)不到100%,改性后產(chǎn)品需研磨成粉狀1實(shí)驗(yàn)部分1.1改性劑為分析純的改性劑原料:納米硫酸鋇懸浮液(自制),包括納米硫酸鋇、氯化鈉和水。試劑:硬脂酸鈉、檸檬酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、月桂醇聚氧乙烯醚、烯丙醇聚氧乙烯醚、OP-10、羥乙基磺酸鈉、羧甲基纖維素鈉,以上改性劑均為分析純,北京化工廠提供。1.2納米硫酸5的表面改性取已知固含量的納米硫酸鋇的懸浮液加入燒杯中,恒溫水浴調(diào)節(jié)溫度加熱,加入改性劑,控制乳化溫度和時間,用高剪切混合乳化機(jī)對納米硫酸鋇進(jìn)行表面改性(見圖1),改性后過濾懸浮液,水洗除去氯化鈉和未反應(yīng)的改性劑,干燥得到活化度高、吸油值低、分散性好的粉末狀疏水性納米硫酸鋇。1.3性能測定和分析方法活化度的測定:取1g改性后納米硫酸鋇粉體,置于含100mL水的125mL分液漏斗中,以相同的速率往返振蕩1min,將分液漏斗置于漏斗架上靜置30min,待溶液狀態(tài)不再發(fā)生改變時,一次性將下沉的硫酸鋇粉體放入坩堝中,蒸干其中的水分,干燥至恒重,計(jì)算漂浮物占原質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。活化度越高者,說明改性效果越好,分散性也越好。吸油值的測定:取1g改性后納米硫酸鋇粉體,置于玻璃板上,用盛有已知質(zhì)量的滴瓶滴加鄰苯二甲酸二辛酯(DOP),在滴加過程中,用金屬片充分壓下,不斷翻動研磨,務(wù)必使DOP與全部改性后的納米硫酸鋇粉體充分接觸。開始時可多滴3~5滴,之后應(yīng)逐滴加入,當(dāng)硫酸鋇粉體與DOP黏結(jié)成團(tuán),用金屬片鏟起后仍保持較好的黏合狀態(tài),此時即為滴加終點(diǎn)。吸油值越小,則說明改性效果越好,分散性也就越好。紅外光譜分析:采用Frontier型紅外光譜儀(波數(shù)為400~15800cm熱重-差熱分析:采用SDT-Q600型熱重-差熱分析儀(樣品容量為200mg,天平靈敏度為0.1μg,溫度范圍:室溫~1500℃)對樣品進(jìn)行測試。首先稱量200mg的樣品,在空氣氛圍下從室溫升溫到800℃,升溫速度為10℃/min,得出未改性和改性后納米硫酸鋇中主要成分的分解變化。掃描電鏡分析:采用S-4800-1型掃描電鏡儀(電子流強(qiáng)度為20keV,電子加速電壓為0.5~30kV,放大倍數(shù)為20~800000)表征觀察未改性和改性后納米硫酸鋇大小和形貌特征。2結(jié)果與討論2.1改性納米硫酸5和十二烷基硫酸鈉10.取固體質(zhì)量濃度為73g/L、比表面積為46m由表1可知,攪拌反應(yīng)得到的改性后硫酸鋇仍然發(fā)生了硬團(tuán)聚和結(jié)塊現(xiàn)象,沒有達(dá)到納米級的標(biāo)準(zhǔn),與未改性直接干燥得到的硫酸鋇外觀一樣為塊狀,改性效果不明顯,這是由于在反應(yīng)改性過程中改性劑與納米硫酸鋇混合不均勻所致。乳化反應(yīng)采用特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子和定子組合,在電機(jī)的高速驅(qū)動下,使納米硫酸鋇和改性劑吸入轉(zhuǎn)子,在短時間內(nèi)承受幾十萬次的剪切作用。在剪切過程中,納米硫酸鋇和改性劑在轉(zhuǎn)子、定子的精密間隙中離心摩擦、高速撞擊作用下分裂、粉碎、分散。乳化反應(yīng)大大緩解了攪拌反應(yīng)中反應(yīng)物不能充分混合的問題,反應(yīng)效果較好。同時可以看出,十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、硬脂酸鈉4種改性劑改性效果較好,改性后納米硫酸鋇外觀為粉末狀,如圖2所示。對分別經(jīng)十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、硬脂酸鈉改性后的納米硫酸鋇進(jìn)行活化度和吸油值測定,結(jié)果見表2。由表2分析可知,十二烷基硫酸鈉的改性效果最好,其原因可能是表面活性劑十二烷基硫酸鈉親水基團(tuán)(硫酸基)比其他表面活性劑親水基團(tuán)(羧基、磺酸基、苯磺酸基)更易與粒子相互作用,使得疏水基團(tuán)朝外,使之在納米硫酸鋇表面形成吸附層,從而改變納米硫酸鋇的表面特性,利用顆?？臻g位阻斥力或靜電作用提高納米硫酸鋇的分散性。在干燥過程中,毛細(xì)管力因表面活性劑的存在而降低,從而減少粒子團(tuán)聚的機(jī)會。因此,實(shí)驗(yàn)選擇適宜的改性劑為十二烷基硫酸鈉。2.2乳化時間對重建效果的影響取固體質(zhì)量濃度為100g/L、比表面積為39m2.3改性劑用量的影響取固體質(zhì)量濃度為100g/L、比表面積為39m由圖4可知,改性后納米硫酸鋇粉體的活化度隨改性劑的用量的增加呈先增后降的趨勢。這是由于改性劑過多會加劇納米硫酸鋇粉體的團(tuán)聚和粘連。吸油值則隨改性劑用量的增加呈先降后增的趨勢。綜合考慮,實(shí)驗(yàn)選擇適宜的改性劑用量為5%。2.4乳化溫度和吸油值隨乳化時間的變化情況見表1.取固體質(zhì)量濃度為100g/L、比表面積為39m由圖5可知,改性后納米硫酸鋇粉體的活化度隨乳化時間的增加而增加。乳化溫度為65~80℃時改性效果最好,其活化度達(dá)到99.88%。吸油值則隨改性劑用量的增加而降低,乳化溫度為65℃時,吸油值為0.4975g/g。在工業(yè)化生產(chǎn)中需考慮到降低能耗、減少成本、延長設(shè)備使用壽命等因素,因此選擇適宜的乳化溫度為65℃。2.5米硫酸玻粉體的活化度取比表面積為39m由圖6可知,固含量對改性后納米硫酸鋇粉體的活化度影響不大,而吸油值隨固含量的增加而增加。在工業(yè)化生產(chǎn)中為盡可能擴(kuò)大產(chǎn)量,因此選擇適宜的納米硫酸鋇懸浮液固體質(zhì)量濃度為100g/L。3改性劑用量及固體質(zhì)量濃度實(shí)驗(yàn)確定了適宜的改性條件:十二烷基硫酸鈉為改性劑、乳化溫度為65℃、改性劑用量為5%、乳化時間為15min、固體質(zhì)量濃度為100g/L。在此條件下對納米硫酸鋇懸浮液進(jìn)行改性,再經(jīng)過濾、水洗、干燥,得到改性的納米硫酸鋇粉體,并對其進(jìn)行表征。3.1sem測試圖7為直接干燥未改性和改性后納米硫酸鋇的SEM照片。從圖7可以看出,改性后納米硫酸鋇分散性明顯提高。3.22010年人口分析圖8為直接干燥未改性和改性后的納米硫酸鋇FT-IR譜圖。從圖8可以看出,改性后納米硫酸鋇在1464cm3.3改性納米硫酸5的質(zhì)量損失率圖9為直接干燥未改性和改性后納米硫酸鋇熱重分析。從圖9可以看出,改性后納米硫酸鋇在100~500℃時質(zhì)量損失率為3.5526%,而未改性的硫酸鋇在此溫度區(qū)間內(nèi)質(zhì)量損失率僅為1.029%。結(jié)果表明十二烷基硫酸鈉的包覆量為2.5236%,改性效果明顯。4納米硫酸玻表面改性條件的優(yōu)化通過對納米硫酸鋇的濕法表面改性處理,解決了其在干燥過程中硬團(tuán)聚結(jié)