Cinco métodos de modificação de superfície e características do sulfato de nanobário

O sulfato de nanobário, como um novo tipo de material inorgânico, é amplamente utilizado em muitos campos devido às suas vantagens, como alta área superficial específica, alta atividade e boa dispersibilidade.
Porém, por um lado, o sulfato de nanobário possui propriedades de hidrofilicidade e oleofobicidade, e há uma grande diferença de polaridade entre ele e a matriz polimérica, por isso é fácil de aglomerar no polímero e tem baixa dispersibilidade, o que reduz sua propriedades mecânicas; por outro lado, devido à alta atividade superficial do sulfato de nanobário, as partículas adjacentes têm grande probabilidade de se aglomerar ou aglomerar, o que afeta sua aplicação na produção.
Portanto, a fim de melhorar a dispersibilidade do sulfato de bário em polímeros e melhorar o desempenho abrangente do sulfato de nanobário em materiais compósitos, é necessário modificar a superfície do sulfato de nanobário para expandir sua gama de aplicação.

1. Método de modificação do agente de acoplamento
O agente de acoplamento é um tipo de substância com estrutura anfifílica, que pode conectar o grupo inorgânico-fílico e o grupo orgânico-fílico, ou seja, o agente de acoplamento desempenha o papel de ponte molecular, potencializando assim a interface entre substâncias inorgânicas e orgânicas . Agentes de acoplamento típicos incluem silanos, aluminatos, titanatos, etc.
Os silanos são atualmente os agentes de acoplamento mais utilizados em grandes dosagens. Eles são muito eficazes para nanopartículas inorgânicas com grupos hidroxila na superfície, mas os agentes de acoplamento de silano em geral não possuem ligação forte com a superfície do sulfato de bário. O mais eficaz é o agente de acoplamento multicomponente, que pode silanizar a superfície do sulfato de nanobário, mas é caro e complicado de usar.
Os agentes de acoplamento de titanato têm um bom efeito de modificação na maioria das partículas inorgânicas porque os titanatos podem formar ligações químicas com prótons livres na superfície do sulfato de nanobário, formando assim uma película orgânica em sua superfície, causando alterações nas propriedades da superfície. Porém, devido ao seu alto preço e à presença de ingredientes prejudiciais à saúde humana, sua aplicação é cada vez menor.
O agente de acoplamento de aluminato é um novo tipo de agente de acoplamento. Os grupos alcóxi facilmente hidrolisados ​​em suas moléculas reagem quimicamente com os prótons livres na superfície do sulfato de bário para produzir um filme monomolecular e formar uma ligação Al-O irreversível, melhorando assim o desempenho do produto. Seu desempenho também é melhor que outros agentes de acoplamento.

2. Método de modificação de surfactante
O surfactante possui um grupo alquil de cadeia longa em uma extremidade da molécula, que pode ser uniformemente disperso na matriz polimérica; a outra extremidade é um grupo hidrofílico polar, que pode sofrer adsorção física ou reação química com a superfície do sulfato de bário e envolver a superfície do sulfato de bário para atingir o objetivo de modificação. Os surfactantes comuns incluem ácidos graxos superiores e seus sais, álcoois, aminas, fosfatos, etc.
Os surfactantes têm baixo custo, muitos tipos e grande produção. Diferentes tipos de surfactantes podem ser usados ​​para sintetizar produtos com propriedades diferentes. A tecnologia de modificação é relativamente madura, por isso é cada vez mais usada. Os ácidos graxos (sais) são modificadores de superfície mais comumente usados ​​e muito baratos para o sulfato de bário. O nano sulfato de bário modificado apresenta melhor dispersibilidade e afinidade em polímeros. O nano sulfato de bário modificado não é fácil de precipitar na água devido à sua tensão superficial, portanto o grau de ativação pode ser usado para refletir o efeito da modificação superficial.

3. Método de modificação do modificador composto
O modificador composto é uma fórmula composta composta por dois ou mais modificadores únicos, como palmitato de sódio/estearato de sódio, estearato de sódio/sulfato de zinco, estearato de sódio/dodecilsulfonato de sódio/éter polioxietileno de álcool alílico e outros modificadores compostos. Ao modificar o sulfato de nano bário, o modificador composto pode aproveitar ao máximo as vantagens de cada modificador, tornando o efeito de modificação melhor do que o efeito de modificação única, atendendo às necessidades de especialização e funcionalização.
Zhang Beibei et al. usou estearato de sódio para modificar a superfície do sulfato de bário ultrafino. O estudo constatou que a temperatura e a fração mássica foram reduzidas, o consumo de energia foi economizado e o grau de ativação atingiu 99,90%. Após a modificação com o modificador composto de palmitato de sódio/estearato de sódio, a resistência ao calor do produto foi melhorada em comparação com o efeito da modificação do modificador único, a distribuição do tamanho das partículas tornou-se mais estreita e o tamanho médio das partículas foi reduzido de 0,89 μm (não modificado) para 0,78 μm. Isso ocorre porque os grupos polares do modificador reagem com as partículas de sulfato de bário e os grupos não polares são revestidos externamente. Após a modificação do compósito, as longas cadeias de carbono são entrelaçadas para formar uma estrutura de malha, o que aumenta a sua hidrofobicidade. A utilização deste método de modificação será uma das tendências futuras de desenvolvimento.

4. Método de modificação da reação de precipitação
O método de modificação da reação de precipitação é um método no qual o modificador é adicionado à reação por meio de uma reação de precipitação química para formar uma película de revestimento na superfície do sulfato de bário.
Este método de modificação tem baixos custos de produção, é fácil de operar e as condições de precipitação são fáceis de controlar. É um dos métodos comumente usados ​​para modificar a superfície das partículas. Diferentes modificadores e precipitantes produzem diferentes tamanhos e morfologias de partículas.

5. Método de modificação de revestimento inorgânico
A modificação do revestimento inorgânico consiste em formar uma película de revestimento na superfície das partículas por meio de ação física ou força de van der Waals sem outras reações com sua superfície. Óxidos metálicos como dióxido de titânio (TiO2), dióxido de silício (SiO2) e óxido de zinco são geralmente selecionados como modificadores.

Nos últimos anos, tem havido um número crescente de estudos sobre o revestimento e modificação de nanopartículas, porque o revestimento de sulfato de bário pode prevenir a oxidação, o crescimento de cristais, a corrosão e a aglomeração das nanopartículas, melhorar as propriedades superficiais do nano sulfato de bário, aumentar sua superfície ativa pontos e expandir sua gama de aplicações. Este método melhora a dispersibilidade das partículas inorgânicas em diferentes meios, mas a uniformidade e a resistência do revestimento são difíceis de controlar, o que é um problema a ser resolvido na operação real.