纳米SiO<,2>粒子在水性介质中的分散稳定性研究
纳米SiO2是无定型白色粉末(指其团聚体)，表面存在不饱和的残键及不同键合状态的羟基，其分子状态呈三维网状结构。这种特殊的结构使纳米SiO2颗粒在光、电、磁等方面呈现出一些特殊的性能。这些特殊的性能使纳米SiO2颗粒在微电子器件、功能陶瓷、涂料、生物医学材料等行业中得到了广泛应用。近年来，新型陶瓷、铜版纸和水性涂料的发展对纳米颗粒在水中分散性的要求日益提高，在这些生产和加工工艺中，纳米SiO2颗粒能否在水性介质中稳定分散将会影响产品的最终质量。因此，研究合适的分散剂和分散方法以保证纳米SiO2颗粒在水溶液中的分散性是十分必要的。
本文在对纳米颗粒在液相介质中分散的三个过程(润湿过程、破碎过程、稳定化过程)分析的基础上，结合纳米颗粒分散稳定的三大理论(DLVO理论、空间位阻稳定理论、空位稳定理论)，根据纳米SiO2和水性介质的特点，选择了九水合硅酸钠和聚丙烯酰胺作为分散剂；选择砂磨、分散、搅拌多用机为分散设备；选择静态沉降法来表征纳米颗粒的分散稳定性；利用激光粒度分析仪测试纳米颗粒的粒度分布，用红外光谱仪对分散剂在颗粒表面的吸附状态进行鉴定。
利用电泳仪测得纳米SiO2颗粒的等电点在3.4左右，纳米SiO2颗粒表面存在着三种基团：-SiOH2+，-SiOH，-SiO-，它们浓度的大小取决于溶液的pH值，随着溶液pH值的减小，固体表面的-SiOH2+浓度增大，从而相应地增加了纳米SiO2颗粒与聚丙烯酰胺形成氢键的几率，促进聚丙烯酰胺在纳米SiO2颗粒表面的吸附。
采用高速研磨的方式，能够使聚丙烯酰胺充分地吸附到纳米颗粒表面，形成比较均匀的纳米颗粒悬浮液。
聚丙烯酰胺能够改变固体颗粒表面的状态，降低固液界面能，它的长分子链可以提供空间位阻屏蔽，有效阻碍纳米颗粒的团聚，促进纳米颗粒在水性介质中的分散。但是，如果体系中聚丙烯酰胺的加入量过大而达到过饱和，伸向溶液中的高分子链会相互纠缠在一起，造成颗粒团聚，从而引起纳米颗粒分散稳定性的降低。
九水合硅酸钠能够提高颗粒间的ξ电位，而且，随着硅酸钠电解质浓度的增加，ξ电位升高，由颗粒的双电层产生的斥力增大，从而促进颗粒的分散，但是，如果体系中电解质的含量过高，过多的电解质会游离在液相中，增加粒子强度，压缩双电层使双电层的电位下降，引起粒子的团聚，从而降低纳米颗粒的分散稳定性。
九水合硅酸钠和聚丙烯酰胺结合起来使用可以发挥协同效应，同时起到静电位阻作用和空间位阻作用，与单纯地使用硅酸钠或聚丙烯酰胺相比，可以显著改善纳米SiO2颗粒在水溶液中的分散稳定性。
当九水合硅酸钠和聚丙烯酰胺这两种分散剂的添加量相同时，先添加九水合硅酸钠后添加聚丙烯酰胺，与先添加聚丙烯酰胺后添加九水合硅酸钠相比，纳米颗粒的分散稳定性有所提高。
二氧化硅;纳米颗粒;聚丙烯酰胺;九水合硅酸钠;分散稳定性;微电子器件;功能陶瓷;生物医学材料
东北大学
硕士
矿产普查与勘探
王恩德
2005
中文
O613.7;TG149;TN36;TB34
66
2006-08-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）