[发明专利]一种改性重晶石材料及其制备方法

说明书

公开了一种改性重晶石材料的制备方法，其中，以重晶石微米颗粒作为原料，使用表面改性剂进行改性反应，该表面活性剂选自式1的化合物。此外，还公开了由前述制备方法得到的改性重晶石材料。本发明以特定表面改性剂对重晶石进行改性，所得改性重晶石材料亲油性和流动性更高。

技术领域

本发明属于重晶石材料技术领域；涉及一种改性重晶石材料及其制备方法。

背景技术

重晶石是以硫酸钡为主要成分的非金属矿物材料，纯净的重晶石无色透明，富有玻璃光泽，具有密度大、硬度低、性脆等特点；且化学性质稳定、无磁性、无毒性、能吸收X射线和γ射线。

重晶石主要用作油气田钻井液的泥浆加重剂，冷却钻头，防止油井自喷。其次，作为化工原料，用于生产碳酸钡、锌钡白、氢氧化钡、氯化钡等各种钡化合物。再次，纯度高的重晶石可以用作玻璃制备加工过程中的澄清剂、去氧剂或助溶剂，从而增强玻璃的光泽和力学特性。又次，由于重晶石含有钡原子，能够代替铅板用作放射性工作设施的特殊建筑材料，也可以作为铺路材料。除此之外，重晶石广泛用于橡胶、纸张、塑料和涂料行业，作为结构增强剂或者增白剂等功能性填料，从而改善这些化工制品的力学性能和耐老化性能。不同的应用领域对于重晶石的结构和表面性能要求也各不相同。

现阶段重晶石的开发也是以粗加工生产为主，少数企业开始从事超细粉的加工；但总体加工技术落后，重晶石优异的功能特性未得以开发，产品附加值低，导致资源优势未能形成产业优势和经济优势，一定程度上造成了严重的浪费资源。

在作为功能性填料使用时，重晶石颗粒尺寸多在微米或纳米尺度，颗粒之间容易相互团聚。此外，重晶石属于无机材料，表面亲水疏油，极性较强，表面性质与非极性或弱极性的有机或高分子材料基体相差较远，相容性差，难以在聚合物基体中均匀分散，存在着重晶石与聚合物基体界面之间的亲和性与结合力的问题。就重晶石而言，改善分散性的关键问题在于将重晶石由亲水性改为亲油性，同时增加重晶石的流动性。这通常借助于对重晶石进行改性而实现。

在重晶石的表面改性中，表面改性剂的种类和用量直接影响到表面改性剂与重晶石颗粒表面的作用方式与改性效果，以及作为填料在有机材料中的应用效果，因此表面改性剂的选择在重晶石改性过程中起着关键作用。目前，在重晶石的表面改性中，常用的改性剂有表面活性剂、偶联剂、金属氧化物和有机聚合物等。

中国专利申请CN1884087A公开了一种制备纳米重晶石的方法，包括以下步骤：A.将氧化锆珠和天然重晶石在砂磨机中砂磨；B.将步骤A获得产物均匀分散在水中并加入聚磷酸盐类阴离子分散剂或六偏磷酸纳制成溶液；C.步骤B所得产物在砂磨机中砂磨后，压滤。该发明方法采用硅包裹或硅-铝包裹纳米重晶石，这种包裹方式导致二者的结合强度较差，结构不够稳定。

中国专利申请CN110451549A公开了一种高分散重晶石的制备方法，将重晶石粗碎后，然后加入磨粉机研磨，得重晶石粉；在重晶石粉中加入水和分散剂，继续在球磨机研磨至粒径为20-200nm，过滤，烘干，得纳米重晶石；将纳米重晶石加入反应釜，加水至固液比为1:2-3，再加入混合酸，搅拌，过滤，水洗；所述混合酸由柠檬酸、乙二胺四乙酸和羟基亚乙基二膦酸组成；处理后得到的纳米重晶石输送至表面改性机，加入烷基萘磺酸盐和三甲基硅烷基笼形聚倍半硅氧烷组成的表面处理剂，搅拌，烘干，打散，制得高分散重晶石粉。该方法制得的重晶石粉体不仅提高了分散性，还能提高粉体与有机基材的相容性，改善加工性能，产品的白度可达到95％。然而，烷基萘磺酸盐和三甲基硅烷基笼形聚倍半硅氧烷与重晶石的结合并不牢固。

中国专利申请CN111362291A公开了一种高分散重晶石的制备方法，该方法包括以下步骤：在聚合物分散剂存在下，将重晶石原料进行研磨，得到重晶石粉体。通过分散剂的使用，制备的重晶石粉体具有优异的细粒度和非常高的分散性，当用于涂料时具有分散性好、稳定性高和白度高等优点。然而，该聚合物分散剂合成较为复杂；同时改性重晶石的亲油性仍然不能令人满意。

因此，迫切需要针对上述技术缺陷，提供一种亲油性和流动性更高的改性重晶石材料及其制备方法。