納米Al2O3水相懸浮液的分散性研究.pdf

1、納米氧化鋁具有多方面的優(yōu)異的性能，被廣泛應(yīng)用在高強(qiáng)度氧化鋁陶瓷、涂料、橡膠、塑料、耐腐蝕、耐磨增強(qiáng)材料等眾多復(fù)合材料領(lǐng)域。但是由于納米顆粒屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，比表面積大、表面原子數(shù)多、原子配位不足、表面能高，粒子間容易形成帶有若干連接界面的尺寸較大的團(tuán)聚體。納米粒子的團(tuán)聚是制約其應(yīng)用的主要問題。本文概述了納米顆粒在水相中的相互作用及其分散穩(wěn)定理論，針對(duì)納米氧化鋁的水相懸浮液的表面電性及分散性進(jìn)行研究。通過納米Al2O3懸浮液的Zeta

2、電位的測(cè)定，粒徑分布情況、沉降試驗(yàn)以及吸附試驗(yàn)，探討分散方式、分散時(shí)間、分散劑種類以及分散劑用量對(duì)懸浮液分散穩(wěn)定性的影響；研究了不同種類的分散劑的分散穩(wěn)定機(jī)理，并通過表面活性劑復(fù)配形成混合表面活性劑體系，研究復(fù)配分散劑之間的協(xié)同作用；利用紅外光譜、掃描電鏡表征實(shí)驗(yàn)吸附及分散效果，表征結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。確定了分散穩(wěn)定的納米氧化鋁懸浮液的最佳條件，主要研究結(jié)果如下：
　　 ⑴研究納米Al2O3在水相體系中的分散穩(wěn)定性，超聲空化作

3、用形成的高能微環(huán)境能夠打開凝聚顆粒間的范德華力，分散效果較好，最佳分散時(shí)間為20min；在酸性條件下，納米氧化鋁表面帶正電，堿性條件下表面帶負(fù)電；等電點(diǎn)在pH8.4左右；pH在2.97-5.1和10.0-12.14范圍內(nèi)，顆粒表面電荷密度較高。
　　 ⑵研究了分散劑十二烷基磺酸鈉SDS、十六烷基三甲基溴化銨CTAB、聚乙二醇PEG、阿拉伯膠GA對(duì)納米Al2O3的水相懸浮液分散穩(wěn)定性的影響。加入分散劑后懸浮液Zeta電位隨pH改變

4、而顯著變化，其中分散劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB在pH=4.0時(shí)Zeta絕對(duì)值最大值為57.02mV，平均粒徑最小，在濃度為6.2mmol·L-1時(shí)，Al2O3表面達(dá)到最大飽和吸附量Γ=37.78μmol·g-1，吸附效果較好，顆粒間具有較強(qiáng)的靜電排斥作用，分散穩(wěn)定性最佳。
　　 ⑶通過對(duì)非離子型分散劑與離子型分散劑進(jìn)行復(fù)配，研究了混合分散劑對(duì)納米Al2O3分散穩(wěn)定的協(xié)同效應(yīng)。加入混合分散劑后在不同pH條件下，納米Al2O3顆

5、粒表現(xiàn)出不同的表面電性，從而對(duì)其分散性產(chǎn)生影響；其中加入非離子型分散劑聚乙二醇PEG與陽離子型分散劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB混合分散劑后顆粒表面電位均為正值，未出現(xiàn)等電點(diǎn)，Zeta電位最大值達(dá)70.14mV，納米Al2O3對(duì)其具有良好的吸附性能，最大飽和吸附量Γ=58.64μmol·g-1，納米Al2O3較未添加分散劑及添加單一分散荊條件下分散性有明顯的改善。
　　 ⑷納米Al2O3吸附性紅外表征結(jié)果表明，分散過程中納米Al

6、2O3表面確實(shí)對(duì)各分散劑產(chǎn)生吸附，通過分散劑在Al2O3顆粒表面的化學(xué)吸附作用，改變顆粒表面的結(jié)構(gòu)和電荷分布狀態(tài)，產(chǎn)生靜電位阻和空間位阻作用，從而增強(qiáng)分散效果；納米Al2O3顆粒的SEM觀察結(jié)果表明，未加分散劑情況下，pH=3.0時(shí)由于顆粒間的靜電斥力作用顆粒相互分開；等電點(diǎn)pH=8.4時(shí)嚴(yán)重聚集形成較大的團(tuán)聚體；加入分散劑后，團(tuán)聚體尺寸明顯減小，顆粒的分散性顯著提高；加入混合分散劑PEG與CTAB后顆粒分布均勻，分散狀態(tài)較好，結(jié)果與實(shí)