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分散機分散超細粉研究5:濕法表面改性分散

2020-6-8 11:38:07|EDITOR:

濕法表面改性分散

表面改性是改善納米粉體分散性的重要方法之一。釆用物理或化學方法對納米顆粒進行表面處理,有目的地改變其表面物理化學性質,稱為表面改.表面改性的目的是變相降低納米粉體顆粒的表面能,提高納米粉體穩定 性.通過改性可大大減少納米顆粒之間的團聚,也可明顯提高納米粉體的儲 運和應用性能。超細粉體的表面改性,主要是依靠改性劑(或處理劑)在超 細粉體表面的吸附、反應、包覆或成膜等來實現的。因此,表面改性劑的種 類及性質對粉體表面或表面處理的效果具有決定性的作用。然而超細粉體的 表面處理往往都有特定的應用背景或應用領域。因此不足之處是,選用表面 改性劑必須考慮被處理物料的應用對象山。所謂濕法改性就是在反應體系中 加入改性劑使其吸附在納米粒子表面,形成微胞狀態,產生空間位阻作用, 減少納米顆粒間的引力,以防止團聚體產生【姬。超細粉體濕法改性分散方法 有以下幾種:

偶聯劑法。偶聯劑的分子一般具有兩種基團。一種基團可以與粉體表面的各種官能團反應,形成強有力的化學鍵:另一種基團可與有機高聚物發生某些化學反應或物理纏結,從而,將兩種性質差異很大的材料牢固地結合


起來,使無機填料和有機高聚物分子之間產生具有特殊功能的“分子橋”⑴。 經偶聯劑處理后的粉體,既抑制了粉體本身的團聚,又增強了納米微粒在有 機介質中的可溶性,使其能較好地分散在有機基體中,增大了粉體填充量, 從而改善制品的綜合性能,特別是抗張強度、沖擊強度、柔韌性和撓曲強度。 它適用于各種不同的有機高聚物和無機填料的復合材料體系【3七常用的有如. 下幾種,如硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、鋁鈦復合物、稀土等。

陳鳴才等人網研究了一種稀土偶聯劑(WOI)CaCC)3、BaSC>4、Mg(0H)2、MiCaTalc等無機粒子的表面處理作用,發現WOT處理使Ca2CO3、MgfOHhBaSCU在基體中分散得更為均勻,明顯增強了無機粒子的韌性和強度。劉立華、劉會媛倒研究了鋁酸酯偶聯劑對納米碳酸鈣濕法表面改性的工藝過程。實驗結果表明:改性納米碳酸鈣粉體表面性質發生了明顯的變化,比表面積增大,親油性和在有機相中的分散性明顯提高,增強了有機硅密封膠的流變性能。

李國輝等人DU用偶聯劑鈦酸丁酯對納米二氧化鈦顆粒預處理后,再用甲基丙烯酸甲酯(MMA)進行聚合改性,研究了聚合改性物質的結構和改性后納米二氧化鈦分散性能.結果表明通過聚合改性納米二氧化鈦在甲苯中有良好分散性能。

酯化反應。金屬氧化物與醇的反應亦稱為酯化反應。利用醋化反應對超細粉體顆粒進行表面改性,重要的是使原來親水疏油的表面變成親油疏水的表面,這種表面功能的改性在實際應用中'十分重要【3%為了得到表面親油疏水的納米氧化鐵,可用鐵黃(a-FeOOH)與高沸點的醇進行反應,經200C右脫水后得到a-Fe2()3,275"C脫水后成為FegCh,這時氧化鐵表面產生了親油疏水性。a-Al(OH)3用高沸點醇處理后,同樣可獲得親油疏水性的a-A100H 及中間氧化鋁。酯化反應表面改性,對于表面為弱酸性和中性的納米粒子最有效,例如$02、Fe2o3.頁。2、AI2O3、3。4、ZnO^flMn2O3*此外,炭納米粒子也可用酯化法進行表面修飾田】。

表面接枝改性法。通過化學反應將高分子鏈接到無機超微粒子表面上的方法稱為表面枝接法。通過有機支鏈化合物在有機介質中的可溶性,增強納米粒子在有機介質中的分散。這種方法可分為三種類型Of 1)聚合與表面接枝同步進行法。這種接枝的條件是:無機納米粒子表面有較強的自由基捕捉能力,單體在引發劑作用下完成聚合的。同時,立即被無機納米粒子表面強自由基捕獲,使高分子的鏈與無機納米粒子表面化學連接,實現了顆粒表面的接枝。這種邊聚合邊接枝的修飾方法,對炭黑等納米粒子特別有效。利


用納米SiO2表面上的活性點易產生活性自由基的性質,Thmoas35]研究了乙酸乙烯酯在其表面上的接枝聚合反應;Espiard等]珂研究了丙烯酸乙酯的接枝聚合反應。2)顆粒表面聚合生長接枝法。此法是單體在引發劑作用下直接從無機粒子表面開始聚合,誘發生長,完成顆粒表面分子包覆,接枝率較高。

3)偶聯接枝法。此法是通過納米粒子表面的官能團與高分子的直接反應實現接枝,其優點是接枝的量可進行控制,效率高。Green等卩門將末端為羥基的聚乙二醇接枝到納米A12O3表面,形成聚合物膜,增強了納米AI2O3的可分散性;納米微粒經表面化學修飾后,并不是在任意溶劑中都有良好的長期分散穩定性,參與修飾的高分子必須與有機溶劑相溶才能達到穩定分散的目的。例如,鐵氧體納米粒子經聚丙烯酸胺接枝后,在水中有良好的分散性,而用聚苯乙烯接枝的,在苯中才具有良好的穩定分散性【判??傊?,表面接枝改性法提高了超細粒子在有機溶劑和高分子中的分散性,可充分發揮無機納米粒子與高分子各自的優點,實現優化設計,制備出具有新功能超細粉體卩七

,④表面活性劑處理。表面活性劑也是主要的表面改性劑之一,主要包括 高級脂肪酸及其鹽醇類、胺類及酯類、以及不飽和有機酸等。常用的有硬脂 酸和硬脂酸鹽、丙烯酸、丁烯酸等。其極性端與無機礦物表面發生作用,非 極性端與高分子聚合物彼此相溶性好,因此表面活性劑類改性劑也可發揮類 似偶聯劑的作用,.有一定的表面改性效果,可以改善無機填料和聚合物分子 的親和性以及復合體系的流動性。研究表明,無機納米粉體顆粒經表面活性 劑改性后可以阻止或減輕硬團聚體的形成,提高分散性例】。

高能表面處理。高能表面處理是指利用紫外線、紅外線、電暈放電、等離子體照射和電子束輻射等方法對超細粉體進行表面處理的方法此法并不是直接分散納米微粒,而是通過高能粒子作用,在納米微粒表面產生活性點,增加表面活性,使其易與其他物質發生化學反應或附著,對納米微粒表面改性而達到易分散的目的。利用紫外光輻射將甲基丙烯酸甲酯接枝到納MgO上,這種表面改性的納米粉體在高密度聚乙烯中的分散性得到了明顯改善㈤]。但是,目前高能改性方法技術較復雜,成本較高,還難以大規模工業化。

超分散劑。超分散劑又稱表面改性增效劑,是一類新型的聚合物分散助劑,主要用于提高顏料、填料在非水介質,如油墨、涂料、陶瓷原料及塑料等中的分散度。性能優于傳統表面活性劑,當使用傳統表面活性劑不起作用或作用不大時可考慮使用。超分散劑的相對分子質量一般在1000?2000 之間,其分子結構一般含有性能不同的兩個部分,其中一個部分為錨固基團可通過離子對、氫鍵、范德華引力等作用以單點或多點的形式緊密的結合在顆粒表面上;另一部分具有一定長度的聚合物鏈。當吸附或覆蓋了超分散劑的顆粒相互靠近時,由于溶劑化鏈的空間障礙而使顆粒相互彈開,從而實現顆粒在非水介質中的分散和穩定。

超分散劑分散克服了傳統分散劑在非水體系中的局限性,與傳統分散劑相比,它可以在顆粒表面形成多點錨固,提高了吸附牢固程度,不易被解析。其溶劑化鏈比傳統分散劑親油基團長,可起到有效的空間穩定作用,形成極弱的膠束,易于活動而迅速移向顆粒表面,起到潤濕保護作用,不會在顆粒表面導入親油膜,從而有效避免了已分散粒子的重新聚集,.不至影響最終產 品的應用性能。

夏天喜、全易等人【糾合成了幾種增效超分散劑,并用于B-型銅猷晉的表面改性,其分散性、流動性和色光均有提高。

胡圣飛、嚴海彪等人【42】研究了聚酯超分散劑改性納米碳酸鈣,探討了不同改性劑和改性溫度對活化指數的影響。結果表明:聚酯超分散劑改性納米CaCChDOP粘度降低了87.6%,吸油值降低了53.9%。聚酯超分散劑改性納CaC03PVC材料具有増強、增韌作用。


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