CN104709934B - 一种纤维状硫酸钡的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维状硫酸钡的制备方法，具体讲是利用纤维状碳酸钡为模板，在酸性条件和有机溶剂中与硫酸盐进行反应，得到纤维状硫酸钡。该纤维状硫酸钡作为填料加入到橡胶、塑料制品中，不仅能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆，显著改善表面光洁度，降低制作生产成本，而且由于其纤维状的结构特点，还能增强产品的拉伸强度和断裂伸长率，且制备方法简单，成本低廉，具有广泛的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于化工材料领域，涉及无机非金属材料领域，主要是一种纤维状硫酸钡的制备方法。
背景技术
硫酸钡是现今最重要的无机化工产品之一，在橡胶、塑料、涂料、医药等行业应用广泛，也用于石油、天然气钻探泥浆的加重剂。硫酸钡作为填料加入到橡胶、塑料制品中，能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆，并能显著改善表面光洁度，降低制作生产成本。但由于硫酸钡为白色斜方晶体，对产品的拉伸强度和断裂伸长率没有提高的作用，使其应用受到限制。随着无机非金属材料技术的发展，硫酸钡向着多元化、精细化、专业化的方向快速发展，单一形状的硫酸钡很难适应和满足市场发展和生产的需要，因而，硫酸钡正向着异形结构发展，诸如纤维状、片状、球形、空心、多孔等异形结构的硫酸钡由于其特殊的结构和性能使其应用中赋予产品特殊的性能。纤维状硫酸钡与传统的硫酸钡相比，不仅优良的性能得到保持，并且赋予了优异的拉伸强度和断裂伸长率。
中国专利公开号CN102689916A公开了一种硫酸钡多孔微球的液相制备方法，该发明制备的硫酸钡为单斜晶相硫酸钡微球，为多孔结构或空心结构，且形貌容易控制，比表面积大，但不适于将该硫酸钡用于增加橡胶、塑料制品的拉伸强度和断裂伸长率。
中国专利公开号CN102219250A公开了一种纳米硫酸钡颗粒的制备方法，该方法制备的硫酸钡为纳米球形颗粒，原料成本低，生产能力大，也不适于将该硫酸钡用于增加橡胶、塑料制品的拉伸强度和断裂伸长率。
中国专利公开号CN102674428A公开了一种高白度球形纳米硫酸钡及其制备方法，该方法制备得到的硫酸钡为纳米球形硫酸钡，同样不适于将该硫酸钡用于增加橡胶、塑料制品的拉伸强度和断裂伸长率。
根据上述，目前采用不同方法制备的硫酸钡均存在不适用于增加橡胶、塑料制品的拉伸强度和断裂伸长率缺陷，从而限制了硫酸钡在橡胶、塑料填充中的应用。
发明内容
针对目前硫酸钡不适用于增加橡胶、塑料制品的拉伸强度和断裂伸长率的缺陷提出了一种纤维状硫酸钡的制备方法，为实现上述目的，本发明利用制得的纤维状碳酸钡为模板，在酸性条件和有机溶剂中与硫酸盐进行反应，得到纤维状硫酸钡。该纤维状硫酸钡作为填料加入到橡胶、塑料制品中，不仅能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆，显著改善表面光洁度，降低制作生产成本，而且由于其纤维状的结构特点，还能增强产品的拉伸强度和断裂伸长率，且制备方法简单，成本低廉，方便实用。
本发明一种纤维状硫酸钡的制备方法，其特征在于以纤维状碳酸钡为模板，以能溶于有机溶剂的硫酸盐为反应剂，利用碳酸钡和硫酸钡均不溶于有机溶剂的特性，在有机溶剂中形成的固定形状和有限空间的囊泡模板中进行反应、沉淀、结晶，从而得到纤维状硫酸钡，其具体制备步骤如下：
1)将35-45重量份的钡源溶液加入到反应池中，先加入4-8重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入35-45重量份的碳酸盐溶液，静置反应4-6h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨4-8min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将15-25重量份的硫酸铵粉末溶解在100-150重量份的甘油中，再加入30-45重量份的有机酸，搅拌均匀后得混合溶液；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到200-250重量份的甘油中，在400-500r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应3-4h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在200-300℃的温度下煅烧0.5-1h后得到纤维状硫酸钡。
上述一种纤维状硫酸钡的制备方法，其特征在于所制备得到的纤维硫酸钡直径为0.5-1μm，长度为10-20μm。
在一种纤维状硫酸钡的具体制备步骤中，步骤1）中所述的钡源溶液是物质的量浓度为30-50mmol/L的氯化钡溶液。
在一种纤维状硫酸钡的具体制备步骤中，步骤1）中所述的碳酸盐溶液是物质的量浓度为30-50mmol/L的碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵溶液中的一种。
在一种纤维状硫酸钡的具体制备步骤中，步骤2）中所述的有机酸为甲酸、乙酸、乙二酸中的一种或多种。
本发明先利用丙二酸做调控剂制备得到纤维状的碳酸钡，再以纤维状的碳酸钡为模板，将其分散在不溶解的有机溶剂中，形成以有机溶剂为壁，纤维状碳酸钡为芯的囊泡，再与溶解在有机溶剂中的硫酸盐在酸性条件下进行反应，得到硫酸钡，由于硫酸钡也不溶于有机溶剂，只能在囊泡中沉淀结晶，因而形成纤维状的硫酸钡。再通过过滤和煅烧，除去溶剂和杂质，得到纯净的硫酸钡钡纤维。该纤维状硫酸钡作为填料加入到橡胶、塑料制品中，不仅能增强产品的抗老化性能和耐候性，产品不易老化变脆，显著改善表面光洁度，降低制作生产成本，还能增强产品的拉伸强度和断裂伸长率，且制备方法简单，成本低廉，方便实用。
本发明突出的特点和有益效果在于：
1、本发明制备得到的硫酸钡为纤维状，直径为0.5-1μm，长度为10-20μm。
2、本发明纤维状硫酸钡作为填料加入到橡胶、塑料制品中，由于其纤维状的结构特点，能显著增强产品的拉伸强度和断裂伸长率。
3、本发明制备方法简单，生产成本低，操作方便，易于工业化生产。
表一：本发明纤维硫酸钡与普通硫酸钡性能对比，检测标准为GB1040-92、GB/T1843-2008，基体树脂为PS
| 产品 | 形状 | 20%添加抗冲击强度 | 20%添加拉伸强度 | 20%添加断裂伸长率 |
| 纤维硫酸钡 | 纤维状 | 11–14kJ/m2 | 50–65MPa | 9–12% |
| 普通硫酸钡 | 颗粒状或球形 | 6–9kJ/m2 | 40–50MPa | 3–4% |
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
1)将35重量份的30mmol/L的氯化钡溶液加入到反应池中，先加入4重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入35重量份的30mmol/L的碳酸钠溶液，静置反应4h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨4min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将15重量份的硫酸铵粉末溶解在100重量份的甘油中，再加入30重量份的甲酸，搅拌均匀后得混合溶液；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到200重量份的甘油中，在400r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应3h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在200℃的温度下煅烧0.5h后得到纤维状硫酸钡。
实施例2
1)将45重量份的50mmol/L的氯化钡溶液加入到反应池中，先加入8重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入45重量份的50mmol/L的碳酸钾溶液，静置反应6h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨8min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将25重量份的硫酸铵粉末溶解在150重量份的甘油中，再加入45重量份的乙酸，搅拌均匀后得混合溶液；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到250重量份的甘油中，在500r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应4h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在300℃的温度下煅烧1h后得到纤维状硫酸钡。
实施例3
1)将40重量份的40mmol/L的氯化钡溶液加入到反应池中，先加入6重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入40重量份的40mmol/L的碳酸铵溶液，静置反应5h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨6min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将20重量份的硫酸铵粉末溶解在120重量份的甘油中，再加入40重量份的乙二酸，搅拌均匀后得混合溶液；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到220重量份的甘油中，在450r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应3.5h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在250℃的温度下煅烧0.8h后得到纤维状硫酸钡。
实施例4
1)将35重量份的35mmol/L的氯化钡溶液加入到反应池中，先加入4重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入35重量份的35mmol/L的碳酸钠溶液，静置反应4.5h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨4min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将15重量份的硫酸铵粉末溶解在100重量份的甘油中，再加入30重量份的甲酸，搅拌均匀后得混合溶液；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到200重量份的甘油中，在400r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应3h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在200℃的温度下煅烧0.5h后得到纤维状硫酸钡。
实施例5
1)将38重量份的45mmol/L的氯化钡溶液加入到反应池中，先加入4重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入38重量份的45mmol/L的碳酸钠溶液，静置反应5h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨4min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将15重量份的硫酸铵粉末溶解在110重量份的甘油中，再加入30重量份的甲酸，搅拌均匀后得混合溶液；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到240重量份的甘油中，在480r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应3h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在250℃的温度下煅烧1h后得到纤维状硫酸钡。
Claims (4)
1.一种纤维状硫酸钡的制备方法，其特征在于以纤维状碳酸钡为模板，以能溶于有机溶剂的硫酸盐为反应剂，利用碳酸钡和硫酸钡均不溶于有机溶剂的特性，在有机溶剂中形成的固定形状和有限空间的囊泡模板中进行反应、沉淀、结晶，从而得到纤维状硫酸钡，其具体制备步骤如下：
1)将35-45重量份的钡源溶液加入到反应池中，先加入4-8重量份的丙二酸，搅拌均匀后，再加入35-45重量份的碳酸盐溶液，静置反应4-6h，过滤得到纤维状碳酸钡，将其放入球磨机中研磨4-8min得到纤维状碳酸钡粉体；
2）将15-25重量份的硫酸铵粉末溶解在100-150重量份的甘油中，再加入30-45重量份的有机酸，搅拌均匀后得混合溶液，所述的有机酸为甲酸、乙酸、乙二酸中的一种或多种；
3）将步骤1）得到的纤维状碳酸钡粉体加入到200-250重量份的甘油中，在400-500r/min的搅拌速度下分散均匀，再加入步骤2）得到的混合溶液，静置反应3-4h，得到含有纤维状硫酸钡的混合溶液；
4）将步骤3）得到的混合溶液进行过滤，得到纤维状硫酸钡沉淀，将其在200-300℃的温度下煅烧0.5-1h后得到纤维状硫酸钡。
2.根据权利要求1所述一种纤维状硫酸钡的制备方法，其特征在于所制备得到的纤维硫酸钡直径为0.5-1μm，长度为10-20μm。
3.根据权利要求1所述一种纤维状硫酸钡的制备方法，其特征在于所述的钡源溶液是物质的量浓度为30-50mmol/L的氯化钡溶液。
4.根据权利要求1所述一种纤维状硫酸钡的制备方法，其特征在于所述的碳酸盐溶液是物质的量浓度为30-50mmol/L的碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵溶液中的一种。
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