專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備納米重晶石的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米重晶石的方法。
背景技術(shù)：
普通重晶石在涂料、塑料、橡膠、造紙、油墨等許多行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，而納米重晶石因具有量子效應(yīng)、尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等重要的結(jié)構(gòu)特性，其物理特性與普通材料不同，是一種新型高檔功能性填充材料，不僅在橡膠、塑料、油墨、涂料、造紙等諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而且在醫(yī)學(xué)、陶瓷、復(fù)合材料等方面更具有廣闊應(yīng)用前景?，F(xiàn)在常用的制備超細(xì)硫酸鋇的方法大多是采用化學(xué)沉淀法，且制備的硫酸鋇粒徑在微米級(jí)，沒(méi)有達(dá)到納米粒徑的要求，因此在應(yīng)用過(guò)程中不能展現(xiàn)納米粒子的獨(dú)特效應(yīng)。但由于納米重晶石的納米粒子具有高的表面能使其易于團(tuán)聚，分散性差，且納米重晶石粒子為惰性態(tài)，采用普通的改性方法效果不明顯，因此其作為功能填料的應(yīng)用受到了很大限制。
目前有關(guān)無(wú)機(jī)粉體材料(包括納米材料)的表面改性研究中，主要以有機(jī)包裹改性研究為主，包括表面改性劑處理、偶聯(lián)劑技術(shù)、等離子體技術(shù)、輻射接枝技術(shù)、通過(guò)酯化、羥基化反應(yīng)在粉體表面引入偶氮、過(guò)氧、過(guò)酯等具有引發(fā)單體聚合作用的官能基團(tuán)的自由基接枝聚合改性技術(shù)以及氧化還原技術(shù)等；有關(guān)無(wú)機(jī)納米粉體材料，尤其是納米重晶石表面的無(wú)機(jī)包裹改性研究基本還尚處于實(shí)驗(yàn)階段。在現(xiàn)有的關(guān)于納米重晶石的表面改性研究多是以表面有機(jī)包裹改性，所用工藝通常為干法處理和濕法處理。干法處理雖然能將有機(jī)改性劑包裹在粉體表面，但其存在表面包裹不均、有機(jī)劑與粉體表面之間是物理作用力形式等方面的缺點(diǎn)，且加工過(guò)程中無(wú)機(jī)粉體的飛揚(yáng)易被人體吸入；濕法處理需首先制備出無(wú)機(jī)粉體，然后再將無(wú)機(jī)粉體分散在適當(dāng)溶劑中，工藝流程復(fù)雜化，處理成本增加，且有機(jī)溶劑的使用還會(huì)造成環(huán)境的污染。隨著人們生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，通常的無(wú)機(jī)粉體表面有機(jī)活化處理工藝已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對(duì)經(jīng)濟(jì)、健康及環(huán)境保護(hù)等方面的需要，因而尋找一種安全、可靠、有效的無(wú)機(jī)粉體、尤其是納米粉體表面修飾處理的方法是目前急切需要解決的問(wèn)題，而有關(guān)納米重晶石的機(jī)械制備方法及表面無(wú)機(jī)包裹并進(jìn)行有機(jī)物原位雜化的方法目前還沒(méi)有相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種將天然重晶石制備成納米級(jí)晶石的方法并進(jìn)而制備表面改性納米重晶石的方法，以提高重晶石的應(yīng)用性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種制備納米重晶石的方法，包括以下步驟，A.將氧化鋯珠和天然重晶石在砂磨機(jī)中砂磨；B.將步驟A獲得產(chǎn)物均勻分散在水中并加入聚磷酸鹽類(lèi)陰離子分散劑或六偏磷酸納制成溶液；C.步驟B所得產(chǎn)物在砂磨機(jī)中砂磨后，壓濾。
優(yōu)選地是，砂磨過(guò)程中保持溫度20-60℃，步驟A和C的砂磨時(shí)間分別為10-60分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min-3000r/min。
優(yōu)選地是，所述的步驟B中，按聚磷酸鹽類(lèi)陰離子分散劑或六偏磷酸納在溶液中的重量含量為0.1-30％。
優(yōu)選地是，所述的步驟B中，加入的水與加入的固體重量比為10-50∶1。
在進(jìn)行砂磨前，先對(duì)天然重晶石進(jìn)行予分選，分選后重晶石為200-800目，砂磨過(guò)程中保持溫度20-60℃，砂磨時(shí)間10-60分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min-3000r/min。聚磷酸鹽陰離子分散性劑采用聚磷酸鈉、聚磷酸鉀等。
制得產(chǎn)品采用上海大學(xué)粒度分布儀分析，本發(fā)明的制備方法制得的重晶石粒徑小于100納米。
還包括對(duì)納米重晶石進(jìn)行表面改性的工藝，包括以下步驟a.將步驟C獲得的納米重晶石分散在水中；b.在步驟a獲得的混合物中滴加硫酸和水玻璃后，加入原位有機(jī)雜化劑；c.將步驟b獲得產(chǎn)物壓濾。
其中，所述步驟a中，按水與重晶石體積比為1∶0.1-1混合，并調(diào)節(jié)PH值為7-13。
所述的步驟b中滴加的硫酸濃度為0.5-10％，水玻璃的模數(shù)為2.5-3.5。
所述的原位有機(jī)雜化劑選自硬脂酸鈉、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、六偏磷酸鈉，原位有機(jī)雜化劑的加入量為溶液重量的0.6-10％。
優(yōu)選地是，所述的步驟b中，滴加硫酸、水玻璃之前，將納米重晶石與水混合物PH值調(diào)節(jié)為8-12，溫度為70-100℃，在滴加硫酸、水玻璃之后，將溶液PH值調(diào)節(jié)為3.2-13.5。
優(yōu)選地是，所述的步驟a中，滴加硫酸、水玻璃之前，將納米重晶石與水的混合物PH值調(diào)節(jié)為8-12，溫度為70-100℃，在滴加水玻璃之前或之后，滴加滴加濃度為1-10％的偏鋁酸鈉溶液，滴加水玻璃和偏鋁酸鈉的前后順序可以互換，當(dāng)采用先滴加水玻璃，再滴加偏鋁酸鈉時(shí)，在納米重晶石表面由里向外包裹為納米重晶石→硅膜→鋁膜。當(dāng)采用先滴加偏鋁酸鈉，再滴加水玻璃時(shí)，在納米重晶石表面由里向外包裹為納米重晶石→鋁膜→硅膜。在滴加硫酸、水玻璃和偏鋁酸鈉之后，將制得溶液PH值調(diào)節(jié)為3.2-13.5。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)天然重晶石采用自制砂磨機(jī)制備出了納米重晶石，并采用硅包裹或硅-鋁包裹納米重晶石的有機(jī)雜化技術(shù)進(jìn)行表面改性，使制備出的納米重晶石具有與基體材料友好的相容性，使其具有親油性、加工性和穩(wěn)定性大大增加，解決了納米重晶石的易團(tuán)聚的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。并賦予了納米重晶石一些新的特性，從而拓寬了納米重晶石的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明中的納米重晶石，不僅在橡膠、塑料、油墨、涂料、造紙等諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而且在醫(yī)學(xué)、陶瓷、復(fù)合材料等方面更具有廣闊應(yīng)用前景。


圖1為對(duì)本發(fā)明工藝流程圖；圖2為分析測(cè)定本發(fā)明制得納米重晶石的粒徑分布曲線。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述實(shí)例1制備納米重晶石工藝步驟取320目天然重晶石粉100Kg和氧化鋯珠10Kg在砂磨機(jī)中進(jìn)行砂磨，砂磨至粒度在2～5μm，取5Kg聚磷酸鈉和50Kg水?dāng)嚢枞芙馀渲瞥煞稚┤芤海瑢⒘６仍?～5μm的重晶石與分散劑溶液混合均勻后與1000Kg水在砂磨機(jī)中進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)砂磨，每次20分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min，即可制得粒徑小于100nm重晶石。
對(duì)納米重晶石改性步驟取制得的100Kg納米重晶石與100Kg水放入攪拌釜中進(jìn)行升溫至50℃攪拌，制得納米重晶石與水的混合物，調(diào)節(jié)PH值為8，同時(shí)取模數(shù)為2.5的水玻璃6Kg，溶解到100Kg水中制成水玻璃溶液；濃度為10％的硫酸20毫升，在80℃高速攪拌下同時(shí)將水玻璃溶液和硫酸溶液滴加到納米重晶石與水的混合物中制得料漿，調(diào)節(jié)料漿pH值到10。稱(chēng)量2Kg硬脂酸鈉，配成5％的硬脂酸鈉水溶液40Kg，在10分鐘內(nèi)滴加到料漿中，，保溫1小時(shí)后，進(jìn)行真空抽濾，水洗，100℃下烘干，打散。
實(shí)例2制備納米重晶石工藝步驟取400目天然重晶石粉200Kg和氧化鋯珠10Kg在砂磨機(jī)中進(jìn)行砂磨，砂磨至粒度在2～5μm，取10Kg聚磷酸鈉和50Kg水?dāng)嚢枞芙馀渲瞥煞稚┤芤?，將粒度?～5μm的重晶石與分散劑溶液混合均勻后與11000Kg水在砂磨機(jī)中進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)砂磨，每次20分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min，即可制得粒徑小于100nm重晶石。
對(duì)納米重晶石改性步驟取制得的納米100Kg重晶石與100Kg水放入攪拌釜中進(jìn)行升溫至50℃，攪拌制得納米重晶石與水的混合物，調(diào)節(jié)PH值為12，取模數(shù)為2.6的水玻璃10Kg，溶解到190Kg水中制成水玻璃溶液；濃度為10％的硫酸20毫升，在80℃高速攪拌下同時(shí)將水玻璃溶液和硫酸溶液滴加到納米重晶石與水的混合物中制得料漿，調(diào)節(jié)料漿pH值到13.5。稱(chēng)量40Kg硬脂酸鈉，在10分鐘內(nèi)均勻加入到料漿中，，保溫1小時(shí)后，進(jìn)行真空抽濾，水洗，100℃下烘干，打散。
實(shí)例3制備納米重晶石工藝步驟取500目天然重晶石粉200Kg和氧化鋯珠10Kg在砂磨機(jī)中進(jìn)行砂磨，砂磨至粒度在2～5μm，取10Kg聚磷酸鉀和50Kg水?dāng)嚢枞芙馀渲瞥煞稚┤芤?，將粒度?～5μm的重晶石與分散劑溶液混合均勻后與5000Kg水在砂磨機(jī)中進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)砂磨，每次60分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速2000r/min，即可制得粒徑小于100nm重晶石。
對(duì)納米重晶石改性步驟取制得的納米100Kg重晶石與100Kg水放入攪拌釜中進(jìn)行升溫至50℃，攪拌制得納米重晶石與水的混合物，調(diào)節(jié)PH值為10，同時(shí)取模數(shù)為2.7的水玻璃10Kg，溶解到100Kg水中制成水玻璃溶液；濃度為5％的硫酸20毫升，在80℃高速攪拌下同時(shí)將水玻璃溶液和硫酸溶液滴加到納米重晶石與水的混合物中制得料漿，調(diào)節(jié)料漿pH值到3.2。稱(chēng)量4.5Kg硬脂酸鈉，配成5％的硬脂酸鈉水溶液90Kg，在10分鐘內(nèi)滴加到料漿中，，保溫1小時(shí)后，進(jìn)行真空抽濾，水洗，100℃下烘干，打散。
實(shí)例4制備納米重晶石工藝步驟取500目天然重晶石粉300Kg和氧化鋯珠10Kg在砂磨機(jī)中進(jìn)行砂磨，砂磨至粒度在2～5μm，取10Kg聚磷酸鉀和50Kg水?dāng)嚢枞芙馀渲瞥煞稚┤芤海瑢⒘６仍?～5μm的重晶石與分散劑溶液混合均勻后與7000Kg水在砂磨機(jī)中進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)砂磨，每次30分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速2200r/min，即可制得粒徑小于100nm重晶石。
對(duì)納米重晶石改性步驟取制得的納米100Kg重晶石與100Kg水放入攪拌釜中進(jìn)行升溫至70℃，攪拌制得納米重晶石與水的混合物，調(diào)節(jié)PH值為11，同時(shí)取模數(shù)為2.8的水玻璃10Kg，溶解到100Kg水中制成水玻璃溶液；濃度為6％的硫酸20毫升，在80℃高速攪拌下同時(shí)將水玻璃溶液和硫酸溶液滴加到納米重晶石與水的混合物中制得料漿，調(diào)節(jié)料漿pH值到9。稱(chēng)量9Kg硬脂酸鈉，配成10％的硬脂酸鈉水溶液90Kg，在10分鐘內(nèi)滴加到料漿中，保溫1小時(shí)后，進(jìn)行真空抽濾，水洗，100℃下烘干，打散。
實(shí)例5表面改性步驟中，取制得的納米100Kg重晶石與10Kg水放入攪拌釜中進(jìn)行升溫至50℃，攪拌制得納米重晶石與水的混合物，硬脂酸鈉由γ-氨丙基三乙氧基硅烷代替，水玻璃模數(shù)為3.0，硫酸濃度為7％，其他原料用量，工藝流程與實(shí)施例4相同。
實(shí)例6表面改性步驟中，取制得的納米100Kg重晶石與50Kg水放入攪拌釜中進(jìn)行升溫至50℃，攪拌制得納米重晶石與水的混合物，水玻璃模數(shù)為3.5，硬脂酸鈉由γ-氨丙基三乙氧基硅烷代替，硫酸濃度為8％，其他原料用量、工藝流程與實(shí)例3相同。
實(shí)例7一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)砂磨時(shí)間為每次40分鐘，水玻璃模數(shù)為3.0，硬脂酸鈉由偏磷酸鈉代替，硫酸濃度為9％，其他原料用量、工藝流程與實(shí)例1相同。
實(shí)例8表面改性步驟中，在將硫酸，水玻璃溶液滴加到納米重晶石與水的混合物中之前，滴加1％的偏鋁酸鈉溶液500Kg，其他原料用量，工藝流程與實(shí)施例2相同。
實(shí)例9表面改性步驟中，在將硫酸，水玻璃溶液滴加到納米重晶石與水的混合物中之前，滴加10％的偏鋁酸鈉溶液100Kg，其他原料用量，工藝流程與實(shí)施例3相同。
實(shí)例10表面改性步驟中，在滴加硫酸，水玻璃溶液之前，滴加5％的偏鋁酸鈉溶液100Kg，滴加硫酸、水玻璃溶液后，將料槳PH值調(diào)節(jié)為6，其他原料用量，工藝流程與實(shí)施例3相同。
實(shí)例11表面改性步驟中，在料槳中滴加10％的偏鋁酸鈉溶液100Kg后，將料槳PH值調(diào)節(jié)為8，其他原料用量，工藝流程與實(shí)施例3相同。
實(shí)例12表面改性步驟中，在料槳中滴加8％的偏鋁酸鈉溶液100Kg后，將料槳PH值調(diào)節(jié)為8，其他原料用量，工藝流程與實(shí)施例2相同。
采用上海大學(xué)分析中心粒度分布儀，以上實(shí)施例制得納米重晶石粒度分布曲線如說(shuō)明書(shū)附圖3所示。
上述實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的其他替代手段，均在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制備納米重晶石的方法，其特征在于，包括以下步驟，A.將氧化鋯珠和天然重晶石在砂磨機(jī)中砂磨；B.將步驟A獲得產(chǎn)物均勻分散在水中并加入聚磷酸鹽類(lèi)陰離子分散劑或六偏磷酸納制成溶液；C.步驟B所得產(chǎn)物在砂磨機(jī)中砂磨后，壓濾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，砂磨過(guò)程中保持溫度20-60℃，步驟A和C的砂磨時(shí)間分別為10-60分鐘，砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速1000r/min-3000r/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，所述的步驟B中，加入的水與固體重量比為10-50∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，步驟B中聚磷酸鹽類(lèi)陰離子分散劑或六偏磷酸納在溶液中的重量含量為0.1-30％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，還包括對(duì)納米重晶石進(jìn)行表面改性的工藝，包括以下步驟a.將步驟C獲得的納米重晶石分散在水中；b.在步驟a獲得的混合物中滴加硫酸和水玻璃后，加入原位有機(jī)雜化劑；c.將步驟b獲得產(chǎn)物壓濾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，步驟a中，按水與重晶石體積比為1∶0.1-1混合，并調(diào)節(jié)PH值為7-13。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，所述的步驟b中滴加的硫酸濃度為0.5-10％，水玻璃的模數(shù)為2.5-3.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，所述的原位有機(jī)雜化劑選自硬脂酸鈉、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、六偏磷酸鈉，原位有機(jī)雜化劑的加入量為溶液重量的0.6-10％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，所述的步驟b中，滴加硫酸、水玻璃之前，將納米重晶石與水的混合物PH值調(diào)節(jié)為8-12，溫度為70-100℃，在滴加硫酸、水玻璃之后，將溶液PH值調(diào)節(jié)為3.2-13.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一權(quán)利要求所述的制備納米重晶石的方法，其特征在于，所述的步驟b中，在滴加水玻璃之前或之后，滴加濃度為1-10％的偏鋁酸鈉溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種制備納米重晶石的方法，包括以下步驟A.將氧化鋯珠和天然重晶石在砂磨機(jī)中砂磨；B.將步驟A獲得產(chǎn)物均勻分散在水中并加入聚磷酸鹽類(lèi)陰離子分散劑或六偏磷酸納制成溶液；C.步驟B所得產(chǎn)物在砂磨機(jī)中砂磨后，壓濾。本發(fā)明方法可以采用機(jī)械方法制得粒徑小于100納米的重晶石，通過(guò)對(duì)納米重晶石進(jìn)行改性，可改善納米重晶石的性能，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1884087SQ20061002824
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者陳焰 申請(qǐng)人:上海安億納米材料有限公司