制備超細氧化鋅的試驗研究

近年來，細氧化鋅（粒度為0.1.10）是一種新型的無機材料。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，它在精細陶瓷、涂料、化妝、橡膠、紡織工業、光紡織劑等應用具有重要的價值，應用前景十分廣闊。11.1實驗儀器和設備原料:氧化鋅粉體(ZnO),由南京蘇星鋅業有限公司提供,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。設備:SDF實驗砂磨機,由山東萊州新宏達化工機械有限公司生產;氧化鋯微球,?0.8~1.0mm,由蘇州化聯高新陶瓷材料有限公司生產。儀器:英國馬爾文公司馬爾文3500型激光粒度儀;上海宇隆儀器有限公司PHB-10型筆式數顯pH計;日本電子株式會社JSM-5900型掃描電子顯微鏡;上海昌吉地質儀器有限公司NDJ-1B型旋轉式黏度儀。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的研磨罐內,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,調節pH,轉速為3000r/min,研磨一定時間,每過20min測一次粒徑、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展的過程,不只是顆粒粒徑的變化,還伴隨著一系列復雜的物理化學變化——不飽和價鍵的生成、晶格畸變、晶格缺陷、表面自由能增大。按照粉碎過程能量平衡理論,彈性應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,吸附大量羥基,顆粒與顆粒之間產生氫鍵,造成二次團聚,形成網狀結構,體系黏度逐漸增大,研磨介質運動困難,研磨效率降低。分散劑的加入,能夠使體系的表面狀態發生明顯變化。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鍵,阻止顆粒間氫鍵的形成,改善漿料流變性,促進裂紋的擴展,使粉磨能夠順利進行。表1為助磨劑加入量(助磨劑加入質量與氧化鋅粉體質量之比,下同)對氧化鋅漿料黏度的影響,其他條件:pH為7,漿料固含量為10%(質量分數,下同),研磨時間為40min。圖1為助磨劑加入量對漿料中氧化鋅粒徑的影響。CTAB是一種季銨鹽型陽離子分散劑,在水中能部分電離出陽離子基團,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,沒有助磨作用,只有當CTAB加入量為0.10%時,氧化鋅顆粒表面的正電荷與體系中的陽離子形成相互排斥的平衡,保持體系的穩定,研磨后的漿料粒徑下降。當CTAB加入量超過0.10%后,破壞了體系的平衡,氧化鋅顆粒有逐漸團聚的趨勢。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,在水中除了長鏈一端的羥基與氧化鋅顆粒吸附的羥基形成氫鍵,長鏈中的醚基也可與氧化鋅表面羥基形成氫鍵,形成多點錨固,阻止顆粒與顆粒之間形成氫鍵。長鏈另一端伸入水中,形成空間位阻,防止二次團聚。長鏈具有親水性,降低了在水體系中的摩擦力,降低了體系黏度,達到了助磨效果。2.2最佳分散ph的確定表2為pH對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%,研磨時間為40min。圖2為pH對漿料中氧化鋅粒徑的影響。氧化鋅顆粒表面帶正電荷,當pH大于9時,氧化鋅吸附的羥基使顆粒帶負電荷,維持體系穩定。pH小于9時,pH對氧化鋅粒徑的影響不明顯;pH=11時氧化鋅粒徑最小(這個結果略大于文獻記載的氧化鋅最佳分散pH)。這是因為在研磨時新生成的表面不斷吸附羥基,真實pH不斷變小,最終接近最佳分散pH區間8~9。pH等于13時電解質濃度過大,壓縮雙電層,膠體無法穩定存在,粒徑變大。pH對氧化鋅漿料黏度的影響不明顯。2.3固含量對研磨介質黏度的影響圖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,研磨時間為40min。由圖3可以看出:固含量從15%增大到25%時,黏度從355mPa·s急速增長到3100mPa·s;固含量在15%以下,黏度變化不大。固含量越高,粉體與研磨介質碰撞的幾率越大,但是漿料黏度也會隨之增高,阻礙研磨介質的運動,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,隨著研磨過程的進行,漿料中氧化鋅粒徑減小、比表面積增大,漿料真實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40min,顆粒有團聚趨勢,黏度隨之增大。隨著研磨的進行,氧化鋅粒徑逐漸減小,粒徑大于10μm時,比表面積的變化并不明顯;粒徑小于10μm時,比表面積逐漸變大,可見氧化鋅顆粒是疏松結構。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和時間的條件下研磨效果1)PEG20000的助磨效果優于十二烷基苯磺酸鈉。十二烷基苯磺酸鈉要達到較好的助磨效果用量偏大。PEG20000只需加入0.5%就能達到理想的助磨效果。2)pH為11時研磨效果最好,在此條件下研磨