纳米氧化硅水悬浮液的稳定性的研究.pdfVIP

硅纳米材料与涂料 约留园伯固圆恩园盟国圆窟噙四囱 邢颖郭保文李勇峰刘学军 (北京首创纳米科技有限公司北京，100081) 摘 要：本文采用胶体“电空间稳定机制”，以聚羧酸盐为分散剂，研究了纳米SiO：粉体在 水中的分散行为和表面化学特性．讨论了甩值、分散剂种类及用量对体系的悬浮 稳定性及流动特性的影响。在最佳PH值和分散剂加入量条件下制备了高固相含 量、稳定性和分散性好的纳米SiO：浆料。 关键词：纳米氧化硅电空间稳定水悬浮液分散剂 纳米粉体在光、热、电、磁等方面所具有的奇特功能为它的广泛应用创造了良好条件。许多 加工工艺、生产工艺都需要粉末均匀且稳定地分散于液相介质中。但由于超细粉体比表面大、 表面能高使粒子相互吸引而具有不稳定的倾向，这种倾向使粒子产生团聚而影响其应用效果。 所以超细粉体的分散技术是超细粉体技术中的关键技术I蚓。 与直接将粉体作为添加材料相比，悬浮的方法可制备更均一的分散体。通常的工艺要求浆 液具有较高的固含量、较低黏度同时具有较好的稳定性。悬浮液的稳定性是其基本性质：首先 粒子不能太大，否则重力会导致快速地沉降；另一重要因素是粒子间的吸引力。不管是否存在 其他力，范德华力都存在于粒子间。如果粒子引力足够大，彼此就会相互粘附，导致粒子束快速 沉降(如：絮凝)。通常采用的防止絮凝的方法是在粒子表面引入相互排斥的力：电荷间的排斥 力(电稳定)、吸附的高分子间的斥力(空间稳定)、或两者的结合(电空间稳定)【4】。三种稳定机 理如下：(1)静电稳定机理(Electrostatic 粒表面带上一定的表面电荷，形成双电层；通过双电层之间的排斥力使粒子之间的引力大大降 低，从而实现纳米微粉的分散(见图1a)。(2)空间位阻稳定机理(Steric 液中加入一定量的不带电的高分子化合物，使其吸附在颗粒表面。形成微胞状态，使颗粒之间 产生排斥，从而达到分散目的(见图lb)。(3)电空间稳定机理(Electrosteric 两种方法的综合，即在悬浮液中加入一定量的聚电解质，使颗粒表面吸附聚电解质，同时调节 PH值，使聚电解质的离解度最大，使粒子表面的聚电解质达到饱和吸附，两者的共同作用使纳 米颗粒均匀分散(见图1c)。目前采用比较多的是第三种方法。 纳米氧化硅因其颗粒尺寸小、分子状态呈三维网状结构、表面羟基含量高、羟基结构多样 化，具有很高的反应活性，而且因其比表面积大、粒子微孔多而吸附能力强，且对紫外线、可见 光以及近红外线具有较高的反射率。纳米氧化硅正是由于其独特的颗粒结构和奇异的物理、化 学特性，成为一种应用比较广泛的无机纳米粉体。本文通过Zeta电位和粒度测试等手段研究 第三届高功能涂料RD研讨会删年4月中国·武汉 95 纳米氧化硅水悬浮液的稳定堡野～ 了P}I值、分散剂种类及用毋对纳米氧化硅水悬浮体系的稳定性及悬浮流变特性的影响。 i安幕莽拳 i：碗叠∥芝爹1 藜臻!渗渗 图1三种稳定机制示意囤 a．电稳定b．空间稳定c．电空间稳定 1试验 1．1原料 (I)二氧化硅粉体：比表皿200tn：／g，原级粒径约为12rim。 (2)分散剂：分析纯，市售 NaOH、HCI、氨水：均为分析纯 1．2纳米水悬浮液的制备 称取左离了水和分散剂，将一者混匀，在中速搅拌分散的条件下加^无机粉悻，加人过程 中调f／PH值，加人完毕后高速搅拌分散一定时司得水悬浮液，再将此水悬浮液在砂磨机中分散 得到最终产品 1．3分析到试 采用上海安德仪器设备公司NDJ一1型旋转黏度计测定水悬浮体的粘廑： 2试验结果与讨论 2．1纳米氧化硅表面的化学特性 随着睾证子的细微化．表暗j原子所占比例增加。但表面晾子受到的是小对称力，即与其邻近 的内部原于的非对称价键力和其他原子的范德华力的作用，其价键是不饱和的。微粒为了达到 表面粒子的价键饱和、使体系总能量降低而产生凝聚I…。 对于纳米氧化物粒子，如氧化硅、氧化铝和二氧化钛等，根据‘Effl在水溶液中的PH