納米SiO-,2-粒子在水性介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性研究.pdf

1、納米SiO2是無定型白色粉末(指其團(tuán)聚體)，表面存在不飽和的殘鍵及不同鍵合狀態(tài)的羥基，其分子狀態(tài)呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種特殊的結(jié)構(gòu)使納米SiO2顆粒在光、電、磁等方面呈現(xiàn)出一些特殊的性能。這些特殊的性能使納米SiO2顆粒在微電子器件、功能陶瓷、涂料、生物醫(yī)學(xué)材料等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。近年來，新型陶瓷、銅版紙和水性涂料的發(fā)展對(duì)納米顆粒在水中分散性的要求日益提高，在這些生產(chǎn)和加工工藝中，納米SiO2顆粒能否在水性介質(zhì)中穩(wěn)定分散將會(huì)影響產(chǎn)品的最

2、終質(zhì)量。因此，研究合適的分散劑和分散方法以保證納米SiO2顆粒在水溶液中的分散性是十分必要的。 本文在對(duì)納米顆粒在液相介質(zhì)中分散的三個(gè)過程(潤濕過程、破碎過程、穩(wěn)定化過程)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合納米顆粒分散穩(wěn)定的三大理論(DLVO理論、空間位阻穩(wěn)定理論、空位穩(wěn)定理論)，根據(jù)納米SiO2和水性介質(zhì)的特點(diǎn)，選擇了九水合硅酸鈉和聚丙烯酰胺作為分散劑；選擇砂磨、分散、攪拌多用機(jī)為分散設(shè)備；選擇靜態(tài)沉降法來表征納米顆粒的分散穩(wěn)定性；利用激光粒

3、度分析儀測試納米顆粒的粒度分布，用紅外光譜儀對(duì)分散劑在顆粒表面的吸附狀態(tài)進(jìn)行鑒定。 利用電泳儀測得納米SiO2顆粒的等電點(diǎn)在3.4左右，納米SiO2顆粒表面存在著三種基團(tuán)：-SiOH2+，-SiOH，-SiO-，它們濃度的大小取決于溶液的pH值，隨著溶液pH值的減小，固體表面的-SiOH2+濃度增大，從而相應(yīng)地增加了納米SiO2顆粒與聚丙烯酰胺形成氫鍵的幾率，促進(jìn)聚丙烯酰胺在納米SiO2顆粒表面的吸附。 采用高速研磨的方

4、式，能夠使聚丙烯酰胺充分地吸附到納米顆粒表面，形成比較均勻的納米顆粒懸浮液。 聚丙烯酰胺能夠改變固體顆粒表面的狀態(tài)，降低固液界面能，它的長分子鏈可以提供空間位阻屏蔽，有效阻礙納米顆粒的團(tuán)聚，促進(jìn)納米顆粒在水性介質(zhì)中的分散。但是，如果體系中聚丙烯酰胺的加入量過大而達(dá)到過飽和，伸向溶液中的高分子鏈會(huì)相互糾纏在一起，造成顆粒團(tuán)聚，從而引起納米顆粒分散穩(wěn)定性的降低。 九水合硅酸鈉能夠提高顆粒間的ξ電位，而且，隨著硅酸鈉電解質(zhì)濃度

5、的增加，ξ電位升高，由顆粒的雙電層產(chǎn)生的斥力增大，從而促進(jìn)顆粒的分散，但是，如果體系中電解質(zhì)的含量過高，過多的電解質(zhì)會(huì)游離在液相中，增加粒子強(qiáng)度，壓縮雙電層使雙電層的電位下降，引起粒子的團(tuán)聚，從而降低納米顆粒的分散穩(wěn)定性。 九水合硅酸鈉和聚丙烯酰胺結(jié)合起來使用可以發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，同時(shí)起到靜電位阻作用和空間位阻作用，與單純地使用硅酸鈉或聚丙烯酰胺相比，可以顯著改善納米SiO2顆粒在水溶液中的分散穩(wěn)定性。 當(dāng)九水合硅酸鈉和聚丙