制備超細(xì)氧化鋅的試驗(yàn)研究

制備超細(xì)氧化鋅的試驗(yàn)研究

近年來(lái)，細(xì)氧化鋅（粒度為0.1.10）是一種新型的無(wú)機(jī)材料。與普通氧化鋅相比，它具有許多特殊的性能，如殺菌、研磨、壓電、吸收、散射散列等。因此，它在精細(xì)陶瓷、涂料、化妝、橡膠、紡織工業(yè)、光紡織劑等應(yīng)用具有重要的價(jià)值，應(yīng)用前景十分廣闊。11.1實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備原料:氧化鋅粉體(ZnO),由南京蘇星鋅業(yè)有限公司提供,粒徑范圍在20~40μm。試劑:十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、聚乙二醇(PEG20000),均為分析純。設(shè)備:SDF實(shí)驗(yàn)砂磨機(jī),由山東萊州新宏達(dá)化工機(jī)械有限公司生產(chǎn);氧化鋯微球,?0.8~1.0mm,由蘇州化聯(lián)高新陶瓷材料有限公司生產(chǎn)。儀器:英國(guó)馬爾文公司馬爾文3500型激光粒度儀;上海宇隆儀器有限公司PHB-10型筆式數(shù)顯pH計(jì);日本電子株式會(huì)社JSM-5900型掃描電子顯微鏡;上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司NDJ-1B型旋轉(zhuǎn)式黏度儀。1.2氧化鋯研磨法用電子天平稱取一定量氧化鋅粉體放到砂磨機(jī)的研磨罐內(nèi),用量筒稱取一定量蒸餾水置于罐中,配制不同固含量的氧化鋅水懸浮液,再加入一定量氧化鋯研磨球,用量為罐體積的1/3,添加不同類型和含量的分散劑,調(diào)節(jié)pH,轉(zhuǎn)速為3000r/min,研磨一定時(shí)間,每過(guò)20min測(cè)一次粒徑、黏度、pH、比表面積。最后在最佳條件下制得氧化鋅粉體,測(cè)其粒徑。22.1助磨劑加入量的影響氧化鋅的粉碎是新表面生成和裂紋不斷擴(kuò)展的過(guò)程,不只是顆粒粒徑的變化,還伴隨著一系列復(fù)雜的物理化學(xué)變化——不飽和價(jià)鍵的生成、晶格畸變、晶格缺陷、表面自由能增大。按照粉碎過(guò)程能量平衡理論,彈性應(yīng)力釋放的能量等于表面能的增加。新生成的顆粒表面活性強(qiáng),吸附大量羥基,顆粒與顆粒之間產(chǎn)生氫鍵,造成二次團(tuán)聚,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),體系黏度逐漸增大,研磨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)困難,研磨效率降低。分散劑的加入,能夠使體系的表面狀態(tài)發(fā)生明顯變化。加入合適的分散劑能夠有效吸附于新生成的表面和裂紋中,降低新生顆粒表面能,平衡新生成表面和裂紋上的不飽和價(jià)鍵,阻止顆粒間氫鍵的形成,改善漿料流變性,促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展,使粉磨能夠順利進(jìn)行。表1為助磨劑加入量(助磨劑加入質(zhì)量與氧化鋅粉體質(zhì)量之比,下同)對(duì)氧化鋅漿料黏度的影響,其他條件:pH為7,漿料固含量為10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同),研磨時(shí)間為40min。圖1為助磨劑加入量對(duì)漿料中氧化鋅粒徑的影響。CTAB是一種季銨鹽型陽(yáng)離子分散劑,在水中能部分電離出陽(yáng)離子基團(tuán),與氧化鋅顆粒表面帶有同種電荷,由于相互排斥,不能夠吸附到氧化鋅表面,沒(méi)有助磨作用,只有當(dāng)CTAB加入量為0.10%時(shí),氧化鋅顆粒表面的正電荷與體系中的陽(yáng)離子形成相互排斥的平衡,保持體系的穩(wěn)定,研磨后的漿料粒徑下降。當(dāng)CTAB加入量超過(guò)0.10%后,破壞了體系的平衡,氧化鋅顆粒有逐漸團(tuán)聚的趨勢(shì)。SDBS為陰離子表面活性劑,溶解于水后部分電離為R—SOPEG20000為非離子型分散劑,在水中除了長(zhǎng)鏈一端的羥基與氧化鋅顆粒吸附的羥基形成氫鍵,長(zhǎng)鏈中的醚基也可與氧化鋅表面羥基形成氫鍵,形成多點(diǎn)錨固,阻止顆粒與顆粒之間形成氫鍵。長(zhǎng)鏈另一端伸入水中,形成空間位阻,防止二次團(tuán)聚。長(zhǎng)鏈具有親水性,降低了在水體系中的摩擦力,降低了體系黏度,達(dá)到了助磨效果。2.2最佳分散ph的確定表2為pH對(duì)氧化鋅漿料黏度的影響,其他條件:助磨劑加入量為0.1%,漿料固含量為10%,研磨時(shí)間為40min。圖2為pH對(duì)漿料中氧化鋅粒徑的影響。氧化鋅顆粒表面帶正電荷,當(dāng)pH大于9時(shí),氧化鋅吸附的羥基使顆粒帶負(fù)電荷,維持體系穩(wěn)定。pH小于9時(shí),pH對(duì)氧化鋅粒徑的影響不明顯;pH=11時(shí)氧化鋅粒徑最小(這個(gè)結(jié)果略大于文獻(xiàn)記載的氧化鋅最佳分散pH)。這是因?yàn)樵谘心r(shí)新生成的表面不斷吸附羥基,真實(shí)pH不斷變小,最終接近最佳分散pH區(qū)間8~9。pH等于13時(shí)電解質(zhì)濃度過(guò)大,壓縮雙電層,膠體無(wú)法穩(wěn)定存在,粒徑變大。pH對(duì)氧化鋅漿料黏度的影響不明顯。2.3固含量對(duì)研磨介質(zhì)黏度的影響圖3為氧化鋅漿料黏度隨固含量的變化,其他條件:PEG20000加入量為0.5%,pH為11,研磨時(shí)間為40min。由圖3可以看出:固含量從15%增大到25%時(shí),黏度從355mPa·s急速增長(zhǎng)到3100mPa·s;固含量在15%以下,黏度變化不大。固含量越高,粉體與研磨介質(zhì)碰撞的幾率越大,但是漿料黏度也會(huì)隨之增高,阻礙研磨介質(zhì)的運(yùn)動(dòng),降低粉磨效率。因此,選擇固含量為15%。2.4u3000氧化鋁顆粒的變化圖4為粒徑、黏度、比表面積、pH隨研磨時(shí)間的變化,其他條件:PEG20000加入量為0.5%,固含量為15%,pH=11.3。由圖4看出,隨著研磨過(guò)程的進(jìn)行,漿料中氧化鋅粒徑減小、比表面積增大,漿料真實(shí)pH不斷變小,漿料黏度先增大后減小。研磨最初的20min,助磨劑吸附于粉體表面,黏度增大;20~40min,主要是研磨作用,黏度減小;超過(guò)40min,顆粒有團(tuán)聚趨勢(shì),黏度隨之增大。隨著研磨的進(jìn)行,氧化鋅粒徑逐漸減小,粒徑大于10μm時(shí),比表面積的變化并不明顯;粒徑小于10μm時(shí),比表面積逐漸變大,可見(jiàn)氧化鋅顆粒是疏松結(jié)構(gòu)。粉體剛加入水中階段,表面吸附大量羥基,所以pH在最初的20min變化最明顯,研磨階段pH降低緩慢。2.5sem圖表圖5為研磨前以及最終制得氧化鋅顆粒的SEM照片。從圖5看出,研磨前氧化鋅顆粒粒徑在20~40μm,研磨后氧化鋅顆粒粒徑在5~10μm。3u3000酸、堿、堿分別加入不同ph和時(shí)間的條件下研磨效果1)PEG20000的助磨效果優(yōu)于十二烷基苯磺酸鈉。十二烷基苯磺酸鈉要達(dá)到較好的助磨效果用量偏大。PEG20000只需加入0.5%就能達(dá)到理想的助磨效果。2)pH為11時(shí)研磨效果最好,在此條件下研磨