納米二氧化鈦水分散性的分散機(jī)理

閱讀次數(shù)：3304    發(fā)布時(shí)間：2022/10/12 14:26:45

       TiO2是常用的白色顏料庆揩，廣泛用于涂料哎垦、塑料霜浴、

　　探討了二氧化鈦水分散性的分散機(jī)" >分散機(jī)" >分散機(jī)理;闡述了其改性過(guò)程和改性劑的選擇;評(píng)價(jià)了其理化性能及其影響因素拴曲，并用掃描電鏡表征了二氧化鈦的表面結(jié)構(gòu)削祈。

1引言

TiO2是常用的白色顏料，廣泛用于涂料曹铃、塑料妓局、橡膠、紙張哺眯、陶瓷谷浅、化妝品與紡織工業(yè)。隨著人們對(duì)環(huán)境的日益關(guān)注奶卓，水性環(huán)保涂料倍受青睞一疯，而TiO2作為一種性能優(yōu)良的白色顏料，如何更好地應(yīng)用于水性涂料是當(dāng)研究的課題夺姑。水分散性是TiO2在水性涂料中應(yīng)用的一個(gè)很重要的性能指標(biāo)墩邀，它的優(yōu)劣直接影響涂料的遮蓋力和其他性能。對(duì)于TiO2水分散性的改進(jìn)盏浙，本文先從水分散性的機(jī)理出發(fā)進(jìn)行分析眉睹，然后通過(guò)改性試驗(yàn)加以確認(rèn)。

2改性的理論基礎(chǔ)

2.1TiO2表面特性

2.1.1單相中的團(tuán)聚現(xiàn)象

TiO2煅燒所得的原粒子很小废膘，具有很高的比表面能竹海，不穩(wěn)定，在高溫下會(huì)很快地團(tuán)聚丐黄，形成亞穩(wěn)態(tài)的較大粒子斋配。對(duì)于一定量的TiO2而言，粒子愈小孵稽，原粒子之間的引力愈強(qiáng)许起，粒子更易團(tuán)聚。

　　目菩鲜，采用儀器測(cè)定的TiO2平均粒徑多數(shù)是二粒子的粒徑(一般為0.2～0.4um)园细，表面的能量仍然較高，容易通過(guò)團(tuán)聚來(lái)降低表面能量接校，達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)猛频。因此狮崩，TiO2在單相中的易團(tuán)聚現(xiàn)象是討論其水分散性的提。

2.1.2兩相中的高分散性

　　在水分散體中鹿寻，TiO2呈現(xiàn)高度的分散性睦柴。其原因是：①TiO2表面有很多羥基，它能夠吸附性粒子毡熏，使固體表面帶有相同的電荷坦敌，因同種電荷排斥而分散;②粒子的比表面能很大，表面收縮而降低表面能痢法，使分散體系穩(wěn)定化狱窘。正是TiO2在水中的高度分散性使它能夠在水性涂料中得以廣泛應(yīng)用。

2.2TiO2在水分散體中的分散過(guò)程

2.2.1吸附作用

　　大量研究表明财搁，TiO2表面有很多性羥基蘸炸，若在水中不加任何分散劑，TiO2在水中分散時(shí)會(huì)吸附大量的性基團(tuán);若加入一定濃度的高分子分散劑尖奔，高分子分散劑吸附在TiO2顆粒的表面搭儒，使得吸附層厚度增加，表面特性改變提茁。

2.2.2雙電層理論

　　通過(guò)檢測(cè)TiO2在水中的Zeta電位淹禾，發(fā)現(xiàn)銳鈦型TiO2在pH為6.8左右時(shí)，Zeta電位約為一36mV茴扁，這表明TiO2表面帶有電荷稀拐，而且電負(fù)性較強(qiáng)。根據(jù)雙電層理論解釋TiO2在水中的分散過(guò)程合乎事實(shí)丹弱，有一定的科學(xué)依據(jù)德撬。

　　實(shí)際上，TiO2在水中分散的過(guò)程是雙電層形成的過(guò)程躲胳。當(dāng)TiO2接觸水表面時(shí)蜓洪，瞬間被浸漬潤(rùn)濕，其表面會(huì)吸附一層相反電荷坯苹，構(gòu)成了雙電層隆檀。這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子，當(dāng)布朗運(yùn)動(dòng)使2個(gè)粒子靠近時(shí)粹湃，相同性質(zhì)的電荷之間產(chǎn)生斥力恐仑，當(dāng)這種斥力大于范德華引力時(shí)，則粒子分開(kāi)为鳄，體系處于分散穩(wěn)定狀態(tài)裳仆。

3改性試驗(yàn)

　　為了改進(jìn)TiO2在水分散性方面的不足，需對(duì)其進(jìn)行表面處理孤钦。常用的是穩(wěn)定化處理歧斟，即在晶體結(jié)構(gòu)中加入其他元素纯丸，或?qū)αＷ拥谋砻孢M(jìn)行改性，這些都有助于改變其物理化學(xué)性質(zhì)静袖。

3.1改性的目的

　　引入能與有機(jī)物相互作用的新基團(tuán)觉鼻，改進(jìn)界面附著力，改變表面的親水/疏水性队橙。改性后的產(chǎn)品應(yīng)具有盡可能低的堆密度和盡可能高的疏水性坠陈。

3.2改性材料

TiO2由濟(jì)南裕興化工總廠(chǎng)以硫酸法工藝制備而得。經(jīng)檢測(cè)捐康，該TiO2(型號(hào)為R一818)的主要理化性能見(jiàn)表1畅姊。

3.3改性劑的選擇

　　在改性劑中，常用的有硅烷吹由、鈦酸酯、鋯酸酯偶聯(lián)劑朱嘴，以及脂肪酸及其衍生物和表面活性劑倾鲫。本文選擇以作為黏附劑用的硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑。具體化合物見(jiàn)表2萍嬉。

3.4改性方法

3.4.1改性的工藝過(guò)程

　　制備合適的硅烷溶液乌昔，然后將100份(質(zhì)量份，以下同)待改性的TiO2和0.25-5.00份硅烷偶聯(lián)劑溶液在表面改性混合器中混合壤追，以確保TiO2表面有均勻一致的潤(rùn)濕性磕道。混合后行冰，在l10°C除去溶劑并干燥改性后的粉末溺蕉。

3.4.2物理化學(xué)性質(zhì)檢測(cè)

　　改性后接著進(jìn)行TiO2的物理化學(xué)性能檢測(cè)，測(cè)定其堆密度悼做、吸水性疯特、吸鄰苯二甲酸二丁酯性、吸石蠟油性肛走。為了得到分散性數(shù)據(jù)漓雅，進(jìn)行形態(tài)學(xué)、微結(jié)構(gòu)的研究和粒子的形狀朽色、晶粒形態(tài)邻吞、單個(gè)粒子結(jié)構(gòu)、TiO2聚集葫男、附聚集類(lèi)型的研究(所用儀器為掃描電子顯微鏡)抱冷。

3.5改性結(jié)果與討論

　　改性和未改性TiO2的基本理化性能參數(shù)見(jiàn)表3。這些參數(shù)指出了改性后產(chǎn)物表面特性的明顯變化梢褐。

　　表3未改性和改性TiO2的理化性能參數(shù)

　　應(yīng)用硅烷偶聯(lián)劑改性時(shí)徘层，TiO2樣品的堆密度稍有增加峻呕。在使用帶辛基、乙烯基官能團(tuán)的硅烷時(shí)趣效，TiO2的疏水性明顯增加瘦癌，這是由于其表面的水潤(rùn)濕性部分或全部喪失。當(dāng)用正辛基三乙氧基硅烷(U一222)改性時(shí)跷敬，對(duì)疏水性的影響明顯讯私，用0.5份該化合物改性100份TiO2時(shí)，TiO2的水潤(rùn)濕性已失去西傀。而用脲基硅烷改性時(shí)斤寇，TiO2表面基團(tuán)發(fā)生部分封閉，疏水性只有了可忽略不計(jì)的增加拥褂。因?yàn)樵谶@種情況下改性物表面上存在著氨基娘锁，能與水分子形成氫鍵，使表面出現(xiàn)較小的親水性饺鹃。

　　分別對(duì)未改性的TiO2和用U一222改性后的TiO2進(jìn)行電鏡觀察莫秆，發(fā)現(xiàn)未改性TiO2顯示有高的分散程度并存在小粒子，且稍有粒子聚集傾向悔详。用0.25份U一222改性100份鈦白色粉末時(shí)镊屎，可以使TiO2全部分散;而用5份U一222硅烷改性時(shí)會(huì)導(dǎo)致TiO2的附聚傾向明顯增加。

4結(jié)語(yǔ)

TiO2的表面特性隨著改性而改變茄螃，改性的TiO2通過(guò)化學(xué)和物理加工得到物理化學(xué)性質(zhì)各異的表面缝驳。TiO2的水分散性在改性中得到了提高，從而在水性涂料中得到更好地應(yīng)用归苍。

研磨分散機(jī)的細(xì)化作用一般來(lái)說(shuō)要強(qiáng)于均質(zhì)機(jī)用狱，但它對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)（如高粘度、大顆粒）拼弃，所以在很多場(chǎng)合下齿拂，它用于均質(zhì)機(jī)的道或者用于高粘度的場(chǎng)合。

研磨式分散機(jī)是由錐體磨,分散機(jī)組合而成的高科技產(chǎn)品肴敛。

由具有精細(xì)度遞升的三鋸齒突起和凹槽署海。定子可以無(wú)限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強(qiáng)的流體湍流下医男，凹槽在每都可以改變方向砸狞。

第二由轉(zhuǎn)定子組成。分散頭的設(shè)計(jì)也很好地滿(mǎn)足不同粘度的物質(zhì)以及顆粒粒徑的需要镀梭。在線(xiàn)式的定子和轉(zhuǎn)子（乳化頭）和批次式機(jī)器的工作頭設(shè)計(jì)的不同主要是因 為在對(duì)輸送性的要求方面刀森，特別要引起注意的是：在粗精度、中等精度报账、細(xì)精度和其他一些工作頭類(lèi)型之間的區(qū)別不光是對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子齒的排列研底，還有一個(gè)很重要的區(qū)別 是不同工作頭的幾何學(xué)特征不一樣埠偿。狹槽數(shù)、狹槽寬度以及其他幾何學(xué)特征都能改變定子和轉(zhuǎn)子工作頭的不同功能榜晦。根據(jù)以往的慣例冠蒋，依據(jù)以的經(jīng)驗(yàn)相應(yīng)工作頭來(lái) 滿(mǎn)足一個(gè)具體的應(yīng)用。在大多數(shù)情況下乾胶，機(jī)器的構(gòu)造是和具體應(yīng)用相匹配的抖剿，因而它對(duì)制造出終產(chǎn)品是很重要。當(dāng)不確定一種工作頭的構(gòu)造是否滿(mǎn)足預(yù)期的應(yīng)用识窿。

CMD2000 系列的線(xiàn)速度很高斩郎，剪切間隙非常小，這樣當(dāng)物料經(jīng)過(guò)的時(shí)候喻频，形成的摩擦力就比較劇烈缩宜，結(jié)果就是通常所說(shuō)的濕磨。定轉(zhuǎn)子被制成圓椎形甥温，具有精細(xì)度遞升的三 鋸齒突起和凹槽锻煌。定子可以無(wú)限制的被調(diào)整到所需要的與轉(zhuǎn)子之間的距離。在增強(qiáng)的流體湍流下窿侈，凹槽在每都可以改變方向。高質(zhì)量的表面拋光和結(jié)構(gòu)材料秋茫，可以 滿(mǎn)足不同行業(yè)的多種要求史简。

7890/13789RPM 可以通過(guò)變頻調(diào)速通過(guò)皮帶加速 我們軸承可以承受140000RPM(轉(zhuǎn)速是他們的3-4倍，研磨的力度也是他們的3-4倍肛著，這樣研磨的細(xì)度更小)圆兵。

IKN膠體磨結(jié)構(gòu)：

三道磨碎區(qū)，一為粗磨碎區(qū)枢贿，二為細(xì)磨碎區(qū)殉农，三為超微磨碎區(qū)。雖然都是三結(jié)構(gòu)局荚，但是他們的設(shè)計(jì)不同理念不同超凳，形狀及齒列的結(jié)構(gòu)。

管線(xiàn)式乳化頭

粗精度的工作頭可以滿(mǎn)足中剪切的混合耀态、均質(zhì)工藝過(guò)程轮傍。它是由粗精度定子與泵葉式轉(zhuǎn)子（2P）相組成：一個(gè)粗精度的定子在使用時(shí)通常是和一個(gè)特定的轉(zhuǎn)子配套 的，轉(zhuǎn)子可以提供很高的產(chǎn)量首装，這就是所謂的“P”创夜。和其他形式的工作頭相比，這種定轉(zhuǎn)子組合成的分散頭將產(chǎn)量提高了4倍仙逻，它所產(chǎn)生的剪切力在中等水平驰吓，并 且能產(chǎn)生泵的那種抽吸效應(yīng)涧尿。這種工作頭可以在泵的位置替代泵使用，或者可以輔助泵來(lái)增加流量檬贰，同時(shí)也可以用于輔助多機(jī)器輸送高粘度流體姑廉。

原創(chuàng)作者：上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司