自環保政策收緊以來，涂料行業就一直面臨著重重挑戰。但福禍相依，強烈的危機感和成本壓力同時也給了一種粉體材料良好的發展機會，那就是可部分替代鈦白粉的沉淀硫酸鋇。作為一種無毒鋇鹽，沉淀硫酸鋇的外觀為白色無定型粉末，化學性質穩定，具有很好的耐候性和耐化學性，是一種理化性質優良的基礎無機化工原料。

但所謂出名全憑實力，由于粉體的結構和形貌等因素將直接影響粉體性能的發揮，所以沉淀硫酸鋇想要成為大眾情人，就需要提高自身品質。譬如說球形硫酸鋇顆粒可提高在有機高聚物材料中的分散性和流動性；平均粒徑小于0.2μm的硫酸鋇粉體可作為有色顏料的分散劑，使之色調鮮明有光澤——上文提到的硫酸鋇可部分取代鈦白粉，正是因為它在鈦白粉顆粒間有阻隔效果，使鈦白顆粒彼此有間隔，提高鈦白粉的使用效率，因此涂料行業可借此來緩解鈦白粉帶來的成本壓力。

由于粉體的性能與生產過程密切相關，也就是說生產工藝決定成敗。因此下文便來了解一下沉淀硫酸鋇的各種制備工藝及其應用。

一、沉淀硫酸鋇的生產工藝

1.傳統制備方法

目前，國內生產普通硫酸鋇產品大多數采用傳統工藝“芒硝-黑灰法”，即按照一定比例將煤粉與重晶石混勻，在1100~1 500℃下進行還原反應制取硫化鋇（BaS），經浸取、沉降澄清，調控硫化鋇和硝水質量濃度分別為130~160 g/L和1.2~1.22 g/cm3。鋇鹵水和芒硝水按一定比例混合，加熱至90℃進行復分解反應。當反應達到等當點或鋇鹵微過量時，反應完成，將所得硫酸鋇和硫化鈉漿液進行固液分離。反應方程式如下：

但由于上述工藝所制備的硫酸鋇產品，粒度分布寬（平均粒徑10μm）且純度不高，只能作為一般涂料使用，限制了其在高檔油漆、涂料中的應用。

2.新型制備方法

為了使沉淀硫酸鋇性能得到良好發揮，國內外的研究學者們一直尋求各種方法來調控BaSO₄顆粒的粒徑分布和形貌。目前主要有直接沉淀法、絡合沉淀法、微乳液法、微反應器法、離子交換法、表面活性劑法等。

①直接沉淀法

直接沉淀法是將反應物在容器中直接混合發生反應生成懸浮物或沉淀，經過濾或離心、洗滌、干燥、研磨制得產品。這種方法工藝簡便、易于控制、成本較低。

沉淀法制備超細粒子一般是由四個過程構成：一是晶核的形成過程，成為成核過程；二是晶核的長大過程，稱為生長過程；三是顆粒團聚和聚集過程；四是干燥過程。當成核速率小于生長速率時，有利于形成大而少的粗粒子；相反，當成核速率大于生長速率時，有利于行程超細粒子。另外在反應體系中添加 EDTA能夠有效阻止硫酸鋇團聚，從而降低硫酸鋇粒徑。

硫酸鋇電鏡圖

②絡合沉淀法

絡合沉淀法是利用乙二胺四乙酸（EDTA）強絡合劑與Ba²⁺鰲合，減少游離Ba²⁺的同時生成相對穩定的EDTA-Ba絡合物。加入沉淀劑SO₄^2-后，EDTA-Ba絡合物朝解離方向緩慢釋放Ba²⁺，溶液中SO42-通過熱運動與鰲合物體系中的游離的Ba²⁺碰撞結合為BaSO₄顆粒。該反應過程中整個體系達到了分子級別的均相混合，通過調控EDTA-Ba的穩定性，控制Ba²⁺釋放速度，可以獲得形貌規整、粒度分布均勻的顆粒。

③微反應器法

①薄膜反應器  以微孔膜或微濾膜作為膜分散的分散介質，在壓差的推動下，使一相均勻進入到另一相中，最終達到兩相徹底分離的效果。利用膜分散技術制備超細顆粒，有利于控制傳統簡單沉淀過程中整個體系的過飽和度，提高體系的均勻度，為瞬間成核提供有利的條件，因此適用于制備高性能的超細顆粒。

②微反應器  微反應器通常指通道特征尺度在1 mm以下的反應器，與傳統反應器相比，微反應器極大程度提高了反應過程的傳熱和傳質速率，具有過程可控性強、安全性高、易于放大等優勢；有效控制苛刻條件下反應的進行，提高了反應的選擇性和產率。

④微乳液法

微乳液法是制備單分散納米顆粒的常用方法之一，反應體系通常由2種不相溶的溶劑經表面活性劑處理后得到乳液，2種互不相溶的連續介質被表面活性劑雙親分子分割成微小空間最終形成大量微型反應器，溶質分子在其中經成核、聚結、團聚、熱處理等工序后得納米粒子，由于微乳液中表面活性劑的參與導致最終形成的顆粒表面包裹一層表面活性劑，并有一定的凝聚態結構，能夠有效避免顆粒之間的進一步團聚，進而得到分散性優良的粒子。

微乳液法反應示意圖

⑤陰離子交換法

陰離子交換反應是指難溶性鹽BaCO₃和水溶性Na₂SO₄發生反應，彼此交換陰離子，生成溶解度更低的BaSO₄的反應。BaCO₃的低溶解度能夠有效降低反應速度。

閻振宗等采用碳酸鋇-芒硝轉化法制備BaSO₄，利用實驗確定的最優實驗條件進行制備，所得產品粒徑均在2μm以下，純度達到98.59%，白度達到96。

⑥表面活性劑法

表面活性劑分子一般是由親水的極性基團和親油的非極性烴鏈組成。這兩部分別位于表面活性劑分子的兩端，利用其親水和親油基團在溶液中相互作用而形成的膠團，構成納米反應器；或者形成一個“橋”，起到偶聯和相容作用。

J.Li等研究了聚丙烯酸(PAA)濃度和反應體系pH對硫酸鋇顆粒的形貌的影響。實驗結果表明，PAA的加入和pH的改變均能誘導不同形貌（如單分散球體、橢球體、玫瑰狀聚集體等）的沉淀硫酸鋇生成。

二、沉淀硫酸鋇的應用

沉淀硫酸鋇是一種綠色功能材料，目前中國沉淀硫酸鋇的消費結構比例：涂料，50%~60%；塑料，10%~15%；造紙，1%~5%；橡膠，15%~20%；顏料，5%~10%。

1.涂料、顏料行業

硫酸鋇最主要的用途是作為涂料（油性涂料、粉末涂料、水性涂料、特種涂料等）的填充劑。它具有高白度和良好的遮蓋性能，可作為粉體填料用于涂料中，白度穩定，無機械雜質，無顆粒感，是一種可降低涂料生產成本的重要功能性添加劑，在美術顏料中其添加量占固體總量的30%，在黃、白色顏料中用量可達80%~90%，水彩占15%。

2.塑料、橡膠行業

在聚合物基體中引入部分超細硫酸鋇會在很大程度上影響其力學性能。BaSO₄的添加量對復合材料的力學性能有著至關重要的影響，一般來說，隨著BaSO₄添加量的增大，復合材料的韌性和強度會先增大后減小，少量（質量分數＜5%）納米硫酸鋇即可顯著提高復合材料的力學性能，而添加量過大則會導致團聚而降低復合材料的性能。

除了BaSO4添加量對性能的影響外，超細BaSO4可以在基體中均勻分散，且能與樹脂具有好的相容性，也能對聚合物的性能起到增強作用。同時，BaSO₄也可以影響聚合物基體的結晶行為和熱分解行為，使聚合物的熱性能得到提升。

3.造紙行業

微細硫酸鋇可作為原料主要用于銅版紙的表面涂布劑的生產，加入量5%~15%。其優點為高蔽光性，高白度，還可以節省紙漿的用量，降低成本；同時粒徑小且均勻的BaSO₄粉體可使紙張更加均勻、平整，減少對造紙機的磨損，提高紙張的吸墨性，增強對顏料的吸附能力。

PS：鱗片形貌的微細BaSO₄顆?？捎糜谥圃鞆陀〖?，可促使紙張表面平滑有光澤，尤其適用于對紙張表面光滑度要求極高的情報紙，如彩色復印紙等。

4.化纖行業

化纖硫酸鋇是專門為聚酯化纖材料研發的硫酸鋇。平均粒度低于0.5~0.7μm，作為填充劑可提高聚酯纖維加工性能，主要體現在拉伸強度，降低纖維斷頭率，使纖維表現出極佳的光學性能，目前也成為了國內外沉淀硫酸鋇應用的研究熱點。

5.其他領域

將硫酸鋇添加到聚乙烯中制備出X光顯影的聚乙烯(PE)/BaSO₄復合材料，解決了臨床應用中對于T型含銅節育器使用方面存在的問題。細微均勻的硫酸鋇作為輔助劑或添加劑可用于X射線雙重造影技術，在醫療上也可用作消化系統的造影劑。

胃鏡前來一碗“鋇餐”

資料來源：

1.沉淀硫酸鋇微觀形貌及粒度分布調控研究，王廣秀。

2.超細沉淀硫酸鋇的制備及研究進展，祁琪，孫青，張儉，嚴俊，潘方珍，盛嘉偉。

3.沉淀硫酸鋇粒徑影響因素的研究，景曉娜。

粉體圈 小榆