制备超细氧化锌的试验研究

制备超细氧化锌的试验研究

近年来，细氧化锌（粒度为0.1.10）是一种新型的无机材料。与普通氧化锌相比，它具有许多特殊的性能，如杀菌、研磨、压电、吸收、散射散列等。因此，它在精细陶瓷、涂料、化妆、橡胶、纺织工业、光纺织剂等应用具有重要的价值，应用前景十分广阔。11.1实验仪器和设备原料:氧化锌粉体(ZnO),由南京苏星锌业有限公司提供,粒径范围在20~40μm。试剂:十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙二醇(PEG20000),均为分析纯。设备:SDF实验砂磨机,由山东莱州新宏达化工机械有限公司生产;氧化锆微球,ϕ0.8~1.0mm,由苏州化联高新陶瓷材料有限公司生产。仪器:英国马尔文公司马尔文3500型激光粒度仪;上海宇隆仪器有限公司PHB-10型笔式数显pH计;日本电子株式会社JSM-5900型扫描电子显微镜;上海昌吉地质仪器有限公司NDJ-1B型旋转式黏度仪。1.2氧化锆研磨法用电子天平称取一定量氧化锌粉体放到砂磨机的研磨罐内,用量筒称取一定量蒸馏水置于罐中,配制不同固含量的氧化锌水悬浮液,再加入一定量氧化锆研磨球,用量为罐体积的1/3,添加不同类型和含量的分散剂,调节pH,转速为3000r/min,研磨一定时间,每过20min测一次粒径、黏度、pH、比表面积。最后在最佳条件下制得氧化锌粉体,测其粒径。22.1助磨剂加入量的影响氧化锌的粉碎是新表面生成和裂纹不断扩展的过程,不只是颗粒粒径的变化,还伴随着一系列复杂的物理化学变化——不饱和价键的生成、晶格畸变、晶格缺陷、表面自由能增大。按照粉碎过程能量平衡理论,弹性应力释放的能量等于表面能的增加。新生成的颗粒表面活性强,吸附大量羟基,颗粒与颗粒之间产生氢键,造成二次团聚,形成网状结构,体系黏度逐渐增大,研磨介质运动困难,研磨效率降低。分散剂的加入,能够使体系的表面状态发生明显变化。加入合适的分散剂能够有效吸附于新生成的表面和裂纹中,降低新生颗粒表面能,平衡新生成表面和裂纹上的不饱和价键,阻止颗粒间氢键的形成,改善浆料流变性,促进裂纹的扩展,使粉磨能够顺利进行。表1为助磨剂加入量(助磨剂加入质量与氧化锌粉体质量之比,下同)对氧化锌浆料黏度的影响,其他条件:pH为7,浆料固含量为10%(质量分数,下同),研磨时间为40min。图1为助磨剂加入量对浆料中氧化锌粒径的影响。CTAB是一种季铵盐型阳离子分散剂,在水中能部分电离出阳离子基团,与氧化锌颗粒表面带有同种电荷,由于相互排斥,不能够吸附到氧化锌表面,没有助磨作用,只有当CTAB加入量为0.10%时,氧化锌颗粒表面的正电荷与体系中的阳离子形成相互排斥的平衡,保持体系的稳定,研磨后的浆料粒径下降。当CTAB加入量超过0.10%后,破坏了体系的平衡,氧化锌颗粒有逐渐团聚的趋势。SDBS为阴离子表面活性剂,溶解于水后部分电离为R—SOPEG20000为非离子型分散剂,在水中除了长链一端的羟基与氧化锌颗粒吸附的羟基形成氢键,长链中的醚基也可与氧化锌表面羟基形成氢键,形成多点锚固,阻止颗粒与颗粒之间形成氢键。长链另一端伸入水中,形成空间位阻,防止二次团聚。长链具有亲水性,降低了在水体系中的摩擦力,降低了体系黏度,达到了助磨效果。2.2最佳分散ph的确定表2为pH对氧化锌浆料黏度的影响,其他条件:助磨剂加入量为0.1%,浆料固含量为10%,研磨时间为40min。图2为pH对浆料中氧化锌粒径的影响。氧化锌颗粒表面带正电荷,当pH大于9时,氧化锌吸附的羟基使颗粒带负电荷,维持体系稳定。pH小于9时,pH对氧化锌粒径的影响不明显;pH=11时氧化锌粒径最小(这个结果略大于文献记载的氧化锌最佳分散pH)。这是因为在研磨时新生成的表面不断吸附羟基,真实pH不断变小,最终接近最佳分散pH区间8~9。pH等于13时电解质浓度过大,压缩双电层,胶体无法稳定存在,粒径变大。pH对氧化锌浆料黏度的影响不明显。2.3固含量对研磨介质黏度的影响图3为氧化锌浆料黏度随固含量的变化,其他条件:PEG20000加入量为0.5%,pH为11,研磨时间为40min。由图3可以看出:固含量从15%增大到25%时,黏度从355mPa·s急速增长到3100mPa·s;固含量在15%以下,黏度变化不大。固含量越高,粉体与研磨介质碰撞的几率越大,但是浆料黏度也会随之增高,阻碍研磨介质的运动,降低粉磨效率。因此,选择固含量为15%。2.4u3000氧化铝颗粒的变化图4为粒径、黏度、比表面积、pH随研磨时间的变化,其他条件:PEG20000加入量为0.5%,固含量为15%,pH=11.3。由图4看出,随着研磨过程的进行,浆料中氧化锌粒径减小、比表面积增大,浆料真实pH不断变小,浆料黏度先增大后减小。研磨最初的20min,助磨剂吸附于粉体表面,黏度增大;20~40min,主要是研磨作用,黏度减小;超过40min,颗粒有团聚趋势,黏度随之增大。随着研磨的进行,氧化锌粒径逐渐减小,粒径大于10μm时,比表面积的变化并不明显;粒径小于10μm时,比表面积逐渐变大,可见氧化锌颗粒是疏松结构。粉体刚加入水中阶段,表面吸附大量羟基,所以pH在最初的20min变化最明显,研磨阶段pH降低缓慢。2.5sem图表图5为研磨前以及最终制得氧化锌颗粒的SEM照片。从图5看出,研磨前氧化锌颗粒粒径在20~40μm,研磨后氧化锌颗粒粒径在5~10μm。3u3000酸、碱、碱分别加入不同ph和时间的条件下研磨效果1)PEG20000的助磨效果优于十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠要达到较好的助磨效果用量偏大。PEG20000只需加入0.5%就能达到理想的助磨效果。2)pH为11时研磨效果最好,在此条件下研磨