聚丙烯酸鈉對納米sio

聚丙烯酸鈉對納米sio

納米sio是無定形白色粉末（指聚合體），表面有不規(guī)則殘留和各種殘余因素，分子狀態(tài)為三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這種特殊的結(jié)構(gòu)在光、電、磁等方面表現(xiàn)出了納米sio2的特殊性能。這些特殊的性能在微電子、功能陶瓷、涂料、醫(yī)藥材料等行業(yè)得到了廣泛應用。近年來，新型環(huán)保材料的開發(fā)對納米水分配性能的要求日益提高。在這些生產(chǎn)工藝中，如果納米sio8能夠穩(wěn)定地分散在水平衡中，這將影響產(chǎn)品的最終質(zhì)量。因此，有必要確定合適的分散劑和分散方法，以確保溶液中納米sio2的分散。1實驗部分1.1材料、試劑和儀器納米SiO2,粒徑為70～90nm,江蘇河海納米科技股份有限公司生產(chǎn);聚丙烯酸鈉,化學純,國藥集團化學試劑有限公司生產(chǎn);去粒子水;HCl;NaOH·1.2主要實驗設備BP3100S賽多利斯電子天平;SRJ-400砂磨、分散、攪拌多用機;HD8705便攜式pH計;Nano-S90納米粒度分析儀·1.3納米sio/分散劑研磨法量取500mL去離子水,倒入砂磨、分散、攪拌多用機的料桶中,先后向料桶中分別加入20g納米SiO2和適量的分散劑,用HCl和NaOH調(diào)節(jié)溶液的pH值,高速攪拌15min,再高速研磨15min后就制得所需要的樣品·1.4紅外光譜分析①粒度分布測定.用Nano-S90納米粒度分析儀對所制得的樣品進行粒度分布檢測·②紅外光譜分析.把所制得的樣品自然風干,用紅外光譜儀對分散劑在顆粒表面的吸附狀態(tài)進行識別·2結(jié)果與討論2.1聚丙烯酸鈉對納米sio分散穩(wěn)定性的影響不添加任何分散劑時,顆粒的平均粒徑為881.5nm·不調(diào)節(jié)溶液的pH值,單純地添加聚丙烯酸鈉,當聚丙烯酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為3%時,顆粒有較好的分散性,不同質(zhì)量分數(shù)的聚丙烯酸鈉對納米SiO2顆粒分散穩(wěn)定性的影響如表1所示·從表1可以看出,隨著聚丙烯酸鈉添加量的增加,納米SiO2顆粒的平均粒徑逐漸減小,這是因為當顆粒表面的高分子吸附層的覆蓋率遠低于一個單分子層時,高分子起鏈間橋連作用,使顆粒絮凝;當顆粒表面的高分子吸附層的覆蓋率接近或大于一個單分子層時,空間壓縮成為主導,顆粒受空間位阻效應的影響呈穩(wěn)定分散·但是,聚丙烯酸鈉的加入量過大而達到過飽和時,伸向溶液中的高分子鏈會相互糾纏在一起,引起顆粒團聚,從而使體系中顆粒的平均粒徑增大·2.2ph值對納米sio納米顆粒表面zeta電位的影響納米顆粒懸浮液中,在某一pH值下,存在H+和OH-等量吸附產(chǎn)生的顆粒表面的電中性,即等電點IEP·對于氧化物納米粉體,等電點的值具有好的重現(xiàn)性·納米SiO2粉體懸浮液的等電點的測定如圖1所示·從圖1中可以看出等電點在pH值為3.4左右·當聚丙烯酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為4%時,不同pH值條件下納米SiO2顆粒的平均粒徑如表2所示,顆粒的粒度分布如圖2所示,圖3為納米顆粒的紅外光譜圖·從表2和圖2可以看出,當溶液的pH值低于納米SiO2的等電點時,納米顆粒的分散穩(wěn)定性較好,但均勻性較差·這主要是因為納米SiO2粉體在水懸浮液中分散時,活性高的表面發(fā)生水解,在等電點時,水解形成穩(wěn)定的不帶電荷的產(chǎn)物SiOH,即硅醇·由于硅醇為中性且偏酸,故SiO2的等電位偏酸性·當懸浮液中的pH值小于等電點時,硅醇與懸浮液中濃度高的H+反應,在SiO2顆粒的表面形成陽離子團SiOH+2,使顆粒表面帶正電,從而使顆粒的Zeta電位為正·懸浮液的酸性越強時,這種反應的程度越高,顆粒表面帶正電越多,相應顆粒的Zeta正電位越大·反應方程式為SiOH+H+→SiOH+2[JX*4]?[JX?*4](1)SiΟΗ+Η+→SiΟΗ2+[JX*4]?[JX-*4](1)當懸浮液中的pH值大于等電點時,硅醇與懸浮液中OH-反應,在SiO2顆粒的表面形成陰離子團SiO-,使顆粒表面帶負電,從而使顆粒的Zeta電位為負·懸浮液的堿性越強時,這種反應的程度越高,顆粒表面帶負電越多,顆粒表面的Zeta負電位也越大,其反應方程式為SiOH+OH?→SiO?+H2O[JX*4]?[JX?*4](2)SiΟΗ+ΟΗ-→SiΟ-+Η2Ο[JX*4]?[JX-*4](2)隨著pH值的減小,納米顆粒表面的SiOH+2濃度增大·因此,對于相同質(zhì)量分數(shù)的聚丙烯酸鈉,低pH值增加了納米SiO2顆粒與聚丙烯酸鈉形成氫鍵的幾率,促進了聚丙烯酸鈉在納米SiO2顆粒表面上的吸附,從而使飽和吸附量增大,納米顆粒的分散穩(wěn)定性提高·同時,當pH值低于等電點時,分散劑與顆粒表面帶相反電荷,分散劑的親水基在顆粒表面的荷電部位附著,其疏水基朝向水相,顆粒表面形成疏水性從而影響聚丙烯酸鈉的吸附,顆粒均勻性的降低可能是因為聚丙烯酸鈉在納米顆粒表面的不均勻吸附所造成的·從圖3可以看出納米SiO2的特征吸收峰在1100.54,790.79和470.82cm-1左右,其中,1630.63和3450.6cm-1處的吸收峰對應于水分子(毛細孔水、表面物理吸附水、結(jié)構(gòu)水)的吸收峰,前者是與游離水(毛細孔水、表面物理吸附水)相關(guān)的H—O—H鍵的彎曲振動吸收峰,后者是硅羥基和結(jié)合水的O—H鍵的伸縮振動吸收峰,1100.54cm-1處的峰值對應于Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動吸收峰,790.79cm-1處的峰值對應于Si—O—Si鍵的對稱伸縮振動吸收峰,470.82cm-1處的峰值對應于Si—O—Si鍵的彎曲振動吸收峰,1605.42cm-1的吸收峰對應的是COO-Na+·吸附分散劑后,高頻3450.6cm-1吸收峰向低頻段移動,且峰強度減弱,表明納米SiO2表面OH-基團與分散劑之間存在氫鍵;在樣品Ⅳ-1的紅外光譜圖中看不到COO-Na+在1610～1560cm-1范圍內(nèi)的特征吸收峰,說明羰基參與形成氫鍵·同時,吸附分散劑后,顆粒在1100cm-1左右處的Si—O—Si鍵的反對稱伸縮振動吸收峰強度變?nèi)?說明在分散劑存在的條件下,納米SiO2更多地與分散劑結(jié)合,參與成鍵,從而提高了體系的分散穩(wěn)定性·3ph值對納米顆粒分散穩(wěn)定性的影響1)隨著聚丙烯酸鈉添加量的增加,納米SiO2顆粒的平均粒徑逐漸減小,但是,當聚丙烯酸鈉的添加量過大時,反而會造成體系中納米顆粒分散穩(wěn)定性的降低:當聚丙烯酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為3%時,納米SiO2的分散性最