不同分散剂对二氧化钛颗粒分散稳定性的影响

　2003年12月

第2卷　第4期渝西学院学报(自然科学版)JournalofWesternChongqingUniversity(NatureSciencesEdition)Dec1,2003　Vol12　No14Ξ不同分散剂对二氧化钛颗粒分散稳定性的影响

龙石红1,邓　斌2

(11永州职业技术学院　化学系,湖南　永州　425000;21湘南学院化学系,　)

[摘　要]研究了几种分散剂(PEG、PMAA、)响1实验结果表明:,2粉体的稳定分散具有用量少、适用pH1其分散效果优于分散剂PEG、PMAA1

[关键词;T;[　[文献标识码]A　[文章编号]1671—7538(2003)04—00012—03

引言

TiO2压敏电阻因其优良的非线形、强耐浪涌能力以及压敏电阻在宽阔范围内可调等优越性能而广泛应用于各个领域[1]中1在TiO2压敏电阻生产技术中,关键是配方技术和瓷体均匀化技术1在低压及高能TiO2压敏电阻生产技术中,瓷体均匀化技术更加重要,它直接影响到产品的电气特性及其可靠性1

近几年来迅速发展起来的胶态成型技术,由于可有效地控制颗粒的团聚,减少坯体的缺陷,可制备高密度的坯体,并可显著地提高材料的力学、电学性能,被认为是解决陶瓷材料可靠性的最佳途径[2]1在各种胶体成型技术中,制备高稳定、高分散、低粘度的悬浮液是胶态成型的关键1这一目标主要是通过控制粉体在介质中的胶体特性、悬浮液的pH值以及分散剂种类等因素来实现,而分散剂的选取和用量是一个很重要的因素1为此本文着重研究了几种分散剂的用量、pH值对TiO2粉体在水中进行分散时的影响1

1　实验部分

1.1　实验材料及仪器

实验材料:TiO2粉体由康淄公司生产,含量99.95%,平均粒度0.49微米1三种分散剂分别为:本实验室自制的聚甲基丙烯酸铵,简称PMAA;实验室自制的复合型聚合物分散剂MN(准备申请专利);聚乙二醇(简称PEG),平均分子量10000,产品为试剂纯1

实验仪器:QM-1SP型行星式球磨机(南京大学仪器厂生产);pHS-25型酸度计(上海雷磁仪器厂生产);NXS-11A型旋转粘度计(江苏昆山市超声波仪器厂生产);BI-XDC型X射线粒度分析仪(美国Malvrn公司生产)1

1.2　实验方法

TiO2粉体与去离子水按一定比例加到球磨罐中,向其中加入不同量分散剂(以TiO2干粉的质量为基准),在行星球磨机上进行球磨混合,用稀盐酸或氨水调节悬浮液的pH值1用pHS-25型酸度计测量悬浮液的pH值;用NXS-11A型旋转粘度计测量悬浮液的粘度;用BI-XDC型X射线粒度分析仪分析TiO2水悬浮液的粒度分布1

2　结果与讨论

Ξ[收稿日期]2003—08—11

),男,湖南永州人,讲师,主要从事物理化学、材料化学的教学和科研工作1[作者简介]龙石红(1971—

2.1　分散剂用量对TiO2水悬浮液粘度的影响

高比表面积的微米级TiO2粉体在水介质中具有较高的表面能,因而容易产生团聚或絮凝,结果影响悬浮液的稳定性和分散性1而通过加入合适分散剂的方法,可以获得高稳定、高分散、低粘度的悬浮液1图1是5vol%TiO2水悬浮液加入不同分散剂的粘度曲线1

由图可知,对于分散剂PEG,加入量在0.5～0.7wt%时,可获得低粘度的悬浮液;对于分散剂PMAA,加入量为0.1～0.3wt%时,悬浮液粘度较低;而分散剂MN加入量为0.1～0.4wt%时,悬浮液粘度均较低1三种分散剂相比,在最佳加入量条件下,MN>PMAA>PEG1并且加入MN的悬浮液,在较大范围内粘度较低,且

变化不大,这有利于工业生产上的控制1

三种分散剂分散效果的差异,制[3],定机制((ElectrostericSta2

blization)1,即通过调节

pH值或加入电解质,使颗粒胶团表面产生一定量的表面电

荷,形成双电层,通过Zeta电位增大,使颗粒间产生斥力,从

而实现颗粒的稳定分散;空间位阻稳定机制,是在悬浮液中

加入一定量的不带电的高分子量化合物,使其吸附在颗粒上,形成位阻层,使颗粒间产生排斥力,从而达到分散目的;电空间稳定机制,是在悬浮液中加入一定量高分子聚电解质,使其吸附在粒子表面上,此时聚电解质既可通过本身所带电荷排斥周围粒子,又能通过其空间位阻效应阻止周围粒子的靠近,两者的共同作用可实现复合稳定分散的效果1

PEG是一种非离子型分散剂,这一类分散剂的特点是不易受体系电解质、pH变化的影响,并且在水溶液中有较大的溶解度即水溶性较好[4]1它的分散机制属于空间位阻稳定机制,当加入量少时,粉体颗粒粘附在高分子链节上,一个分散剂链节上吸附较多粉体颗粒,从而引起重力沉降而聚沉,起不到分散作用1因而加入量小于0.3wt%时,悬浮体易于聚沉,粘度较大,甚至无法测出;当加入量大于0.3wt%时,较多分散剂吸附于粉体颗粒表面,形成有机亲水保护膜,从而起到空间稳定作用1

分散剂PMAA是一种阴离子高分子聚电解质,它吸附在TiO2颗粒表面,一方面,具有一定长度的高分子链可起空间稳定作用;另一方面,在此条件下TiO2带负电,而PMAA电离出羧基负离子[5],聚电解质吸附在TiO2颗粒表面,有利于增加颗粒表面的负电荷,使Zeta电位增大,增加粒子间的静电排斥力,起着静电稳定作用,故PMAA的分散机制属于电空间稳定机制1当分散剂量少时,随加入量的增加,在TiO2表面的吸附量增加,使Zeta电位增大,颗粒间的排斥力增大,因此TiO2悬浮体粘度也随之降低1当分散剂加入量达到饱和吸附后,吸附在TiO2颗粒表面的聚电解质的量不再增加,过多加入的聚电解质将进入液相中,这增加了体系的离子强度,同时对TiO2颗粒的桥联作用增强,因此,分散剂用量较大时,随分散剂加入量增加,悬浮液粘度增大1

分散剂MN则是一种复合型高分子聚电解质,其作用机理与PMAA相似,因而规律相同,不同的是复合型高分子聚电解质分散剂MN还可产生一种嵌合吸附效应,这可避免使用单一聚电解质分散剂时,因分子长链结构的不规整性而难于将颗粒表面完全覆盖住,容易引起局部桥联或絮凝作用的弊端,因而其分散效果优于PMAA1加入量在0.1～0.4wt%的范围内均可获得较低的粘度,故使用MN时其工艺性能更好1

2.2　pH值对TiO2水悬浮液粘度的影响

悬浮液的粘度不仅与分散剂种类、用量有关,还与体系的pH值有关1图2是在各自最佳加入量条件下5vol%TiO2悬浮液的粘度与体系pH值的关系1

由图可知,对于加入分散剂PMAA的悬浮液,pH值在9～10.5之间,悬浮液具有较低的粘度;加入

MN的悬浮液,pH值在8～10之间具有较低粘度;对于分散剂PEG,其悬浮液粘度随pH值变化不大,且粘度比前二者大1

分散剂PEG是非离子型分散剂,其特点是不易受

强电解质、无机盐存在的影响,也不易受酸碱度的影响,

因而其悬浮液粘度随pH值变化不大1

pH值对加入PMAA的TiO2悬浮液粘度的影响主要

归因于两个方面,一是pH值影响TiO2颗粒的表面净电

荷,从而影响其Zeta电位;二是pH值影响PMAA的分

子形态和电离程度1文献[5]认为,当pH>8.5时,

PMAA的电离度接近于1,,pH值的降低,PMAA下降;当pH值为402中9.0～10.5之间,悬浮液粘度较低,这时聚电解质几乎完全电离,带负TiO2颗粒的表面,使颗粒Zeta电位增大,颗粒间斥力增大,因而悬浮液具有较低的粘度1pH值低时,PMAA的电离度低,同量聚电解质所带的负电荷数量少,吸附PMAA后的TiO2颗粒的Zeta电位较低,颗粒间斥力较少,因而悬浮液的粘度较大1pH值过高时,悬浮液粘度较大,则是由于用于调节pH值的离子增多,高离子强度压缩了颗粒表面的双电层厚度,降低了Zeta电位,从而增大了悬浮液粘度1

对于加入分散剂MN的悬浮液,pH值在8～10

范围时,悬浮液粘度较低,且受pH值影响不大1这

主要是由于在此范围复合型电解质MN完全解离,

带负电的聚电解质吸附在粉体表面,Zeta电位较大,

颗粒间斥力较大,因而具有较低的粘度;pH值大于

10.5,由于调节pH值的离子增多,高离子强度压缩

了双电层,降低了Zeta电位,从而增大了悬浮液粘

度1

2.3　分散剂的分散效果

根据上述实验结果,在各自最佳分散条件下制备的TiO2水悬浮液用BI-XDC型X射线粒度分析

仪进行了粒度分布测定,其结果如图31由图3可以

看出,加入分散剂PEG的悬浮液存在较多的团聚体,分散效果不理想;加入分散剂PMAA的悬浮液,其分散效果好于PEG,但仍有少量团聚体存在;加入MN时得到的体系,其分散效果最好,不仅对TiO2颗粒起到了稳定分散的作用,而且还有利于打开TiO2原始粉料中的团聚体1

3　结　论

通过改变分散剂加入量、悬浮液pH值,研究了三种分散剂对微米级TiO2陶瓷粉体在水中分散的影响1非离子型分散剂PEG在加入量为0.5～0.7wt%时,可获得低粘度悬浮液,且不易受pH值影响;聚电解质PMAA加入量为0.1～0.3wt%、pH值在9～10.5之间,分散效果较好,可获得低粘度悬浮液;复合型聚电解质分散剂MN加入量为0.1～0.4wt%、pH值在8～10之间,可获得低粘度、无团聚的悬浮液1三种分散剂相比,MN对微米级TiO2陶瓷粉体的分散效果优于前二者1

(下转第18页)

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ThePrepartiveMethodandApplicationofNanometreZnO

CAOYou-ming,ZHENGShi-yuan,,-(Dept.ofChemicalandEnvironmentalScience,WesternChongqingY,China)

Abstract:NanometreZnO(1-100nm)particleisindominoeffectsinexterior,bulk,quantadimensionsoon.Ithasbroadapplicationsinsuchaspectsaschinaandlightcatalyzer,sensorandstuffabsorbingwaves,fluorescence,stuloggingimagesetc.ThearticlegivescomprehensivecommentsonthepreparativeapplicationofZnO1

KeyWords:NanometreZnO;preparation;use

(上接第14页)

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InfluenceofDifferentDispersantsonDispersionStabilitiesofTiO2PowdersinWater

LONGShi-hong1,DENGBin2

(1.Dept.ofChemistry,VocationelTechnologyInstitute,YongzhouHu’nan425000,China;

2.Dept.ofChemisty,XiangnanCollege,ChenzhouHu’nan423000,China)

Abstract:Effectofseveraldispersants(PEG,PMAA,MN)onaqueoussuspensionofsubmicronTiO2powderisfo2cusedinthestudy.TheexperimentalresultsshowthattheTiO2aqueoussuspensionwithMNdispersanthasmanyadvantagessuchaslowviscosity,littledosage,noagglomeration,widthpHetal.SothesystemwithMNdispersantexcelsthatwithPEGorPMAA.

KeyWords:dispersant;TiO2suspension;stability