纳米硫酸钡5大表面改性方法及特点

纳米硫酸钡作为一种新型的无机材料，因其具有高比表面积、高活性、分散性好等优点而被广泛应用于众多领域。

但纳米硫酸钡一方面具有亲水疏油的性质，与聚合物基体之间存在很大的极性差异，因此在聚合物中容易团聚，分散性差，使其力学性能降低；另一方面由于纳米硫酸钡具有较高的表面活性，相邻颗粒间极易发生团聚或结块，影响其在生产中的应用。

因此，为了使硫酸钡在聚合物中的分散性得到改善，提高纳米硫酸钡在复合材料中的综合性能，需对纳米硫酸钡进行表面改性，从而拓展其应用范围。

1、偶联剂改性

偶联剂是一类具有两性结构的物质，可以将亲无机物的基团和亲有机物的基团连接起来，即偶联剂起着分子桥的作用，从而使无机物与有机物之间的界面作用增强。典型的偶联剂有硅烷类、铝酸酯类、钛酸酯类等。

硅烷类是目前应用较多、用量较大的偶联剂，对于表面具有羟基的无机纳米粒子十分有效，但一般的硅烷偶联剂与硫酸钡表面结合力不强。较为有效的是多组分偶联剂，它能使纳米硫酸钡表面硅烷化，是成本高，使用复杂。

钛酸酯偶联剂对于大多数无机粒子都有较好的改性效果，原因是钛酸酯能与纳米硫酸钡表面的自由质子形成化学键，从而在其表面形成一层有机膜，导致表面性质发生改变。但由于价格较贵，并且有危害人体健康的成分存在，导致对它的应用越来越少。

铝酸酯偶联剂是一种新型的偶联剂，其分子中易水解的烷氧基与硫酸钡表面的自由质子发生化学反应，产生一层单分子膜，形成不可逆的Al-O键，从而改善产品性能，其性能也优于其他偶联剂。

2、表面活性剂改性

表面活性剂其分子一端为长链烷基，能够在聚合物基体中均匀分散；另一端为极性亲水基团，可与硫酸钡表面发生物理吸附或化学反应，包裹在硫酸钡的表面达到改性目的。常用的表面活性剂有高级脂肪酸及其盐类、醇类、胺类、磷酸酯类等。

表面活性剂成本低、种类多、产量大，用不同种类的表面活性剂可以合成不同性能的产品，改性技术较成熟，因此对它的应用越来越多。脂肪酸（盐）是硫酸钡较为常用且价格十分低廉的表面改性剂，改性后的纳米硫酸钡在聚合物中有较好的分散性和亲和性。改性后的纳米硫酸钡在水中由于其表面张力而不易沉淀，因此活化度可用来反映表面改性效果的好坏。

3、复合改性剂改性

复合改性剂是由2种或2种以上的单一改性剂组合而成的复合配方，如棕榈酸钠/硬脂酸钠、硬脂酸钠/硫酸锌、硬脂酸钠/十二烷基磺酸钠/烯丙醇聚氧乙烯醚等复合型改性剂。对纳米硫酸钡改性时选择复合型改性剂，可以充分发挥每种改性剂自身的优势，使得改性效果比单一改性效果更好，满足专业化、功能化的需求。

采用硬脂酸钠对超细硫酸钡做表面改性。研究发现，温度和质量分数均有所降低，节约了能耗，活化度达到99.90%。用棕榈酸钠/硬脂酸钠复合改性剂改性后，产品的耐热性能比单一改性剂改性的效果有所提高，粒度分布变窄，平均粒径从0.89μm（未改性）减小到0.78μm。这是因为改性剂的极性基团与硫酸钡粒子反应，非极性基团包覆在外面，复合改性后，各长碳链之间相互缠绕形成网状结构，增强其疏水性。这种改性方法的使用将是未来发展的趋势之一。

4、沉淀反应改性

沉淀反应改性法是通过化学沉淀反应将改性剂加入到反应中，使其在硫酸钡表面形成一层包覆膜的方法。

这种改性方法生产成本较低，操作起来也简便，沉淀条件容易控制，是对颗粒表面进行改性常用的方法之一。不同的改性剂和沉淀剂制备出的粒径、形貌也不同。

5、无机物包覆改性

无机物包覆改性是通过物理作用或范德华力在颗粒表面形成包覆膜，而不与其表面发生其他反应。通常选用二氧化钛（TiO₂）、二氧化硅（SiO₂）、氧化锌等金属氧化物作为改性剂。

近年来，对纳米颗粒包覆改性的研究越来越多，因为硫酸钡表面包覆后能够阻止纳米粒子氧化、晶体长大、腐蚀和团聚，可改善纳米硫酸钡的表面性能，提高其表面活性点，扩展其应用范围。该法使无机颗粒在不同介质中的分散性得到提高，但包覆的均匀性、包覆强度等不易控制，是实际操作中要解决的问题。

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