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硬質酸鈉改性硅灰石受哪些因素影響

2019-06-21 16:47
  硅灰石是一種鈣的偏硅酸鹽礦物,具有針狀結構習性,長徑比高,各向異性強,作為填料時對基體的補強性好,廣泛用于陶瓷、涂料和橡塑等領域。天然硅灰石顆粒表面具有類似石英表面的親水特性,將其作為橡塑制品填料時,往往分散效果差,難以與有機基體實現在界面的良好結合,使得其填充制品的力學性能不能得到很好發揮。因此,需要硅灰石進行疏水改性,改變其表面潤濕性,進而提高其在有機基體中的分散性和界面相容性。下面賢集網小編通過實驗來講解硬質酸鈉改性硅灰石受哪些因素影響。
 
  硅灰石粉體表面改性以化學方法為主,常用的表面改性劑有硅烷偶聯劑、鈦酸酯和鋁酸酯偶聯劑、表面活性劑及甲基丙烯酸甲脂等。
 
  硬質酸鈉改性硅灰石
 
 ?。?)試劑材料
 
  硅灰石樣品:吉林某地硅灰石粉,粒徑d50為20.42μm,白度為88.44%,吸油量15.37g/100g。
 
  其他原料:硬脂酸鈉等。
 
 ?。?)改性工藝
 
  以硬脂酸鈉為改性劑,采用濕法方式對硅灰石粉體進行表面有機改性:硅灰石加水配制成懸浮液→加入硬脂酸鈉溶液→加熱→攪拌→過濾→干燥表征(測量接觸角、活化指數、分散指數、顯微圖像)→分散機理分析。
 
 ?。?)硅灰石改性效果和分散行為表征
 
  硅灰石改性效果通過改性產物的活化指數、接觸角和改性硅灰石在煤油中的分散穩定性指數和顯微圖像進行表征。
 
  活化指數是指將改性粉體置于水中攪拌后,漂浮在水氣界面的粉體占總量的百分數。顆粒表面疏水性越強,其潤濕周邊的載著力就越大,漂浮的趨勢也就越大,因而測定粉體在水面上漂浮量的多少便可直觀反映改性效果。稱取樣品1.00g置于盛有200mL水的分液漏斗中,振蕩、靜置,待分層后放出底部沉降部分干燥、稱量,并計算活化指數H=[(總質量-沉降部分質量)/總質量]×100%。
 
  接觸角是指氣、液、固3相交界處的氣-液界面和固-液界面之間(包含液體)的夾角,可定量反映固體表面被液體潤濕程度,進而評判改性效果。測量時先將樣品壓制成具有平整表面的固體片,再使用潤濕角測量儀對固體片進行測量。
 
  分散穩定性指數(X)是指粉體在介質中沉降一段時間后,沉降區上部懸浮液(稀釋)吸光度與下部懸浮液吸光度(分別為B和A)的比值,X越大,說明分散性越好。采用紫外可見分光光度計分別測量B和A,并計算X=(B/A)×100%。同時,在沉降開始取懸浮液樣品用BT-1600百特顆粒圖像分布儀進行顯微鏡圖像觀察。
 
  結果與討論
 
 ?。?)改性工藝對硅灰石改性效果的影響
 
  考察硅灰石料漿濃度(料漿中固體顆粒的質量分數)、改性溫度、改性時間和硬脂酸鈉用量等工藝因素對硅灰石活化指數(H)和在煤油中的分散穩定性指數(X)的影響。
 
  硬質酸鈉改性硅灰石受哪些因素影響
 
  改性工藝對硅灰石活化指數(H)和分散穩定性指數(X)的影響
 
  從上述試驗結果可以看出:
 
  改性前硅灰石H值為0,經硬脂酸鈉改性后H值最高可增加至95%,說明改性已使顆粒表面由親水性向疏水性轉變。
 
  硅灰石改性前X為0,改性后增加至約40%,改性后硅灰石表面強烈疏水,從而與有機非極性介質性質相近。
 
  通過改變改性工藝可顯著改變硅灰石產物的H與X值,從而調控硅灰石表面疏水化程度。
 
  實驗優化條件為:硬脂酸鈉用量質量分數1.5%、改性溫度50℃、改性時間30min、料漿濃度10%;最佳改性指標為:活化指數H=95%,分散穩定性指數X=38.70%。
 
 ?。?)改性硅灰石顆粒在溶劑中的潤濕接觸角
 
  硬質酸鈉改性硅灰石受哪些因素影響
 
  改性硅灰石被水潤濕接觸角為69.33°,與改性前10.83°相比顯著增大,這說明硅灰石有機改性導致表面疏水化的效果良好。
 
  采用硅烷偶聯劑改性硅灰石,可大大改善其與聚合物的相容性,增強填充效果,但硅烷偶聯劑改性生產成本較高。采用硬脂酸鈉(表面活性劑)對硅灰石粉進行表面改性處理,可通過極性基團與硅灰石顆粒表面的作用,覆蓋于顆粒表面,可大大增強硅灰石填料的親油性。
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