[發明專利]一種表面改性納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法

有效

• 申請號: 201210362861.5
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102863003A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 程亞軍;方超;肖穎;付俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01F11/46
• 分類號: C01F11/46;B82Y30/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于化學合成技術領域，涉及一種表面改性納米硫酸鋇粉體的原位可控合成方法。

背景技術

因為硫酸鋇具有優異的X射線不透過性、耐光、耐腐蝕、，吸油值低、化學惰性等優點，被廣泛應用于涂料、橡膠、造紙、醫用、以及催化等行業。硫酸鋇粉體尺寸以及表面性質對其性能有著重要的影響。相比傳統微米級納米硫酸鋇粉體材料，納米硫酸鋇具有高比表面積、高X光不透性、光澤性能更佳等一系列優點，使其在涂料、造紙、塑料、醫學、以及催化等方面有著更為廣泛的用途。例如在涂料行業中，納米硫酸鋇可以更好地控制涂料的粘稠度，使產品色澤光亮并提高穩定性；在醫學上，納米硫酸鋇粉體具有更好的顯影性能，并且可以提高醫用材料例如骨水泥的機械性能；在催化領域，納米硫酸鋇可以作為催化劑載體，由于其高比表面積，可以負載更多的催化劑顆粒。

目前制備納米硫酸鋇的主要方法有絡合法、微孔技術法和表面改性法。專利號為CN02135370.0的中國專利公開了一種EDTA絡合沉淀法制備納米硫酸鋇的方法，這種方法合成的粒徑雖小，但是很難達到粒徑分布窄的效果。專利號為CN201110063603.2的中國專利公開了一種利用微孔分散制備納米硫酸鋇的方法，雖然這兩種方法制備的納米硫酸鋇粒徑小，對基體的改性起到了一定的效果，但是它與基體材料之間的相互作用弱，對基體的改性效果也很有限。專利號為200810040786.4的中國專利公開了一種陰離子表面活性劑制備的改性納米硫酸鋇的方法，這種方法對硫酸鋇表面進行改性，但是其反應過程非常迅速，難以達到可控合成的效果。

上述幾種硫酸鋇粒徑調控以及表面改性方法存在著明顯的缺陷，首先，硫酸鋇合成過程反應非常劇烈，反應過程調控難度很大；其次，修飾分子與硫酸鋇表面相互作用較弱，對納米硫酸鋇粉體表面性質改善有限；再次，采用這些方法改性的納米硫酸鋇與涂料、塑料、纖維素等基質之間的相互作用主要是親水/疏水以及范德華力相互作用，這些相互作用都屬于弱相互作用，影響表面改性硫酸鋇和高分子基質之間的結合，從而影響其性能。?

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種粒徑小，工藝簡單且易于控制的表面改性納米硫酸鋇原位合成方法，所得的表面改性硫酸鋇粒徑均勻、反應可控，并且合成與改性同時進行。

本發明方法采用過硫酸鉀作為硫酸鋇前驅體，以含有磺酸基以及不飽和雙鍵官能團的雙官能團兩親性分子作為表面修飾劑，原位可控合成表面改性納米硫酸鋇粉體。

本發明方法的具體步驟是：

步驟(1).將過硫酸鉀加入PH值為8.5～9.5的堿性水溶液中，溶解形成過硫酸鉀水溶液；將過硫酸鉀水溶液加熱至45～60℃，然后反應15～30分鐘，形成硫酸根自由基水溶液；反應后，過硫酸根分解為硫酸根自由基，并產生少量的硫酸根離子；

所述的堿性水溶液為KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba(OH)₂水溶液、氨水中的一種；每升堿性水溶液中加入5～10克過硫酸鉀；

步驟(2).將表面修飾劑和鋇源化合物加入蒸餾水中，攪拌均勻，形成修飾劑鋇離子水溶液；每升蒸餾水中加入1～5克表面修飾劑、5～20克鋇源化合物；

所述的表面修飾劑為甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯鉀鹽、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯鹽、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯中的一種；

所述的鋇源化合物為硝酸鋇、氯化鋇、溴化鋇、氫氧化鋇和硫化鋇中的一種或多種；

步驟(3).在0.5～1小時內將修飾劑鋇離子水溶液緩慢加入硫酸根自由基水溶液中，然后在45～60℃，攪拌反應4～8小時，得到硫酸鋇懸浮液；加入的修飾劑鋇離子水溶液與硫酸根自由基水溶液的體積比為1～1.5：1；

步驟(4).將硫酸鋇懸浮液冷卻至常溫，用蒸餾水洗滌3～4次，在45～60℃下干燥，得到表面改性納米硫酸鋇粉體。

本發明方法是一種原位可控合成方法，有效調控納米硫酸鋇尺寸，得到粒徑分布均一的硫酸鋇納米顆粒；并且通過采用特殊表面修飾分子，一方面有效增強了修飾分子和硫酸鋇納米顆粒之間的相互作用，另外一方面大大改善了硫酸鋇納米顆粒和基質之間的相互作用和結合力。

本發明方法得到的硫酸鋇粉體由過硫酸鉀在含有表面修飾劑分子的堿性水溶液中發生分解反應，原位合成與表面改性同時進行，原位產生硫酸根離子，經與溶液中鋇離子反應，原位生成表面改性納米硫酸鋇。