超细碳化硅粉体表面改性及分散性研究
发布时间：2021-08-31 17:20
高固相、低粘度的碳化硅浆料是利用注浆成型技术制备高质量重结晶碳化硅陶瓷材料的前提条件。而高分散性的碳化硅粉体是注浆成型技术的必要条件。但是,粒径小、表面能高的碳化硅粉体在水中很容易发生团聚,达不到注浆成型工艺对粉体分散性的要求。为了消除碳化硅粉体在水中的团聚和提高其分散性,通常利用表面改性的方法对粉体进行改性,进而提高粉体在水中的分散性。即通过选择合适的改性剂对碳化硅粉体进行表面包覆达到改变颗粒表面的性质,进而阻止颗粒之间的团聚和提高颗粒在水中的分散性。本文主要研究内容包括:1、高分子聚乙烯比咯烷酮（PVP）和四甲基氢氧化铵（TMAH）共同改性碳化硅实验表明聚合物高分子聚乙烯比咯烷酮和TMAH在改性碳化硅粉体过程中分别可以增加颗粒之间的空间位阻作用和提高颗粒的双电层厚度。两种改性剂共同改性碳化硅粉体可以明显提高其在水中的分散性。2、硅烷偶联剂KH590和TMAH共同改性碳化硅实验表明酸性硅烷偶联剂可以提高TMAH在碳化硅表面的吸附,改性后的粉体之间的静电排斥力得到显著提高。通过正交实验进一步优化实验参数,结果表明四个因素对改性效果的影响从大到小依次是硅烷偶联剂KH590添加量、四甲基氢...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１静电排斥机理示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ?ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??
?第一章绪论???颗粒外表面的高分子相互接触，这层吸附在粉体表面的高分子层相互接触后产生一定??的阻力可以阻止粉体继续相互靠近。因此，可以阻止粉体之间的进一步团聚现象。??如图１－２所示，当改性后的粉体分散到水中后，亲水性高分子层会促进粉体在水??中的分散。吸附在碳化硅表面的这层高分子层就会在两个碳化硅颗粒之间起到一种阻??碍作用，通过这种空间阻力可以达到消除颗粒之间团聚的目的。??傷?＾?ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ?讓傷??图１－２空间位阻机理示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐａｔｉａｌ?ｓｔｅｒｉｃ?ｈｉｎｄｒａｎｃｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??１．５．?３空间位阻和静电排斥协同作用??空间位阻与静电排斥协同作用一般是通过两步改性完成的，第一步是在粉体表面??包裹一层亲水性高分子层，然后在颗粒表面继续吸附一层强电解质［３°］。首先包裹的亲??水性高分子层可以起到空间位阻作用以提高颗粒的分散性和亲水性。然后再吸附一层??电解质。当静电排斥作用力不足以抵消颗粒之间的吸引时，两个颗粒会继续相互靠近。??此时，包裹在颗粒表面的高分子层会进一步起到阻碍两个颗粒相互靠近的作用。??如图１－３所示，在高分子层上吸附一层强电解质或者分散剂。这样在颗粒表面上??会带上相同电性的电荷（例如正电荷）。表面最外层的电荷之间产生的静电排斥力不??足以分散粉体时，内层的高分子层会进一步起到空间位阻作用，增强颗粒之间的空间??阻力。因此，通过这两种作用力的协同作用可以更加有效的阻止颗粒之间的团聚和提??高颗粒的分散性。一般情况下，通过合理设计使这两种改性剂能够更好的协同改性粉??体。利用空
北京化工大学硕士学位论文??｛泰＿?翁＾鐵??ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ?＇?￣?＾?＾??＿?＿?雜户＿??图１－３空间位阻与静电排斥机理示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐａｔｉａｌ?ｓｔｅｒｉｃ?ｈｉｎｄｒａｎｃｅ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ?ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??１．６表面改性的方法??由于碳化硅粉体具有颗粒孝表面能高等特点。当把碳化硅原粉分散到水中后很??难形成高固相含量、低粘度的浆料。同时，团聚也会使这些微粉失去原有的某些效应??而影响材料的本身优良的性质［３１’３２］。一般情况下，碳化硅粉体改性主要是利用碳化硅??粉体和改性剂之间的相互作用使改性剂包覆在碳化硅表面以达到提高粉体分散性的??目的。分散机理主要有改变粉体之间的静电力或者增加粉体之间的空间位阻。另外，??用亲水性的高分子对粉体进行改性也会改善改性粉体与水之间的相容性和分散速率。??由于改性粉体表面性质很大程度取决于改性剂的性质。因此，改性粉体表面有时会产??生新的理化性质和其他新的功能［３３］。??一般情况，粉体表面改性的目的是增加改性粉体表面的亲水性和疏水性。如果要??增加改性粉体的疏水性，则要选择疏水性改性剂。如果要增加改性粉体的亲水性，则??要选择亲水性改性剂。这样改性后的粉体与溶剂之间才会具有更好的相容性。??１．６．１偶联改性法??偶联改性法［３４’３５３是指粉体颗粒的表面与改性的偶联剂发生反应，粉体和偶联剂分??子之间除了有像离子键、共价键等比较强的化学键外，还存在像范德华力、氢键或配??位键等相对较弱的相互作用力。通过多种相互作用力可以促使偶联剂包覆在
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维红外光谱法分析聚丙烯C-H伸缩振动[J]. 常明,武玉洁,张海燕,程瑶,于宏伟. 理化检验(化学分册). 2016(03)
[2]结构化学中的VSEPR理论与八隅体规则[J]. 路慧哲,杜凤沛. 大学化学. 2015(06)
[3]表面活性剂在材料工程中的应用[J]. 李新明,段家宝,李常胜. 中国高新技术企业. 2014(07)
[4]太赫兹谱定量测试中朗伯比尔定律表征形式分析[J]. 苏海霞,张朝晖,赵小燕,李智,燕芳,张寒. 光谱学与光谱分析. 2013(12)
[5]硅烷偶联剂制备及对磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的表面改性[J]. 龙沁,周大利,张翔,卫冬娟,柳淑婧,陈冬宁. 无机化学学报. 2013(05)
[6]碳化硅陶瓷的应用现状[J]. 柴威,邓乾发,王羽寅,李振,袁巨龙. 轻工机械. 2012(04)
[7]通过凝胶注模成型和无压烧结制备碳化硅陶瓷[J]. 张景贤,江东亮,林庆玲,陈忠明,黄政仁. 硅酸盐学报. 2012(08)
[8]硅烷偶联剂改性海泡石的制备及表征[J]. 李计元,马玉书,张婷婷,王长平,王宝河. 非金属矿. 2011(05)
[9]四甲基氢氧化铵的制备及应用研究进展[J]. 许小荣,范少文,董妍妍,姚林祥,任保增. 化工进展. 2011(S1)
[10]超细羽绒粉体的表面疏水化改性[J]. 王罗新,吴忠波,蔡静平,邹汉涛,易长海,徐卫林. 四川大学学报(工程科学版). 2011(03)
博士论文
[1]碳化硅微粉表面改性及其在磨具中的应用[D]. 华勇.郑州大学 2006
本文编号：3375299
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１静电排斥机理示意图??Ｆｉｇ．?１－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ?ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??
?第一章绪论???颗粒外表面的高分子相互接触，这层吸附在粉体表面的高分子层相互接触后产生一定??的阻力可以阻止粉体继续相互靠近。因此，可以阻止粉体之间的进一步团聚现象。??如图１－２所示，当改性后的粉体分散到水中后，亲水性高分子层会促进粉体在水??中的分散。吸附在碳化硅表面的这层高分子层就会在两个碳化硅颗粒之间起到一种阻??碍作用，通过这种空间阻力可以达到消除颗粒之间团聚的目的。??傷?＾?ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ?讓傷??图１－２空间位阻机理示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐａｔｉａｌ?ｓｔｅｒｉｃ?ｈｉｎｄｒａｎｃｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??１．５．?３空间位阻和静电排斥协同作用??空间位阻与静电排斥协同作用一般是通过两步改性完成的，第一步是在粉体表面??包裹一层亲水性高分子层，然后在颗粒表面继续吸附一层强电解质［３°］。首先包裹的亲??水性高分子层可以起到空间位阻作用以提高颗粒的分散性和亲水性。然后再吸附一层??电解质。当静电排斥作用力不足以抵消颗粒之间的吸引时，两个颗粒会继续相互靠近。??此时，包裹在颗粒表面的高分子层会进一步起到阻碍两个颗粒相互靠近的作用。??如图１－３所示，在高分子层上吸附一层强电解质或者分散剂。这样在颗粒表面上??会带上相同电性的电荷（例如正电荷）。表面最外层的电荷之间产生的静电排斥力不??足以分散粉体时，内层的高分子层会进一步起到空间位阻作用，增强颗粒之间的空间??阻力。因此，通过这两种作用力的协同作用可以更加有效的阻止颗粒之间的团聚和提??高颗粒的分散性。一般情况下，通过合理设计使这两种改性剂能够更好的协同改性粉??体。利用空
北京化工大学硕士学位论文??｛泰＿?翁＾鐵??ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ?＇?￣?＾?＾??＿?＿?雜户＿??图１－３空间位阻与静电排斥机理示意图??Ｆｉｇ．?１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｐａｔｉａｌ?ｓｔｅｒｉｃ?ｈｉｎｄｒａｎｃｅ?ａｎｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ?ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??１．６表面改性的方法??由于碳化硅粉体具有颗粒孝表面能高等特点。当把碳化硅原粉分散到水中后很??难形成高固相含量、低粘度的浆料。同时，团聚也会使这些微粉失去原有的某些效应??而影响材料的本身优良的性质［３１’３２］。一般情况下，碳化硅粉体改性主要是利用碳化硅??粉体和改性剂之间的相互作用使改性剂包覆在碳化硅表面以达到提高粉体分散性的??目的。分散机理主要有改变粉体之间的静电力或者增加粉体之间的空间位阻。另外，??用亲水性的高分子对粉体进行改性也会改善改性粉体与水之间的相容性和分散速率。??由于改性粉体表面性质很大程度取决于改性剂的性质。因此，改性粉体表面有时会产??生新的理化性质和其他新的功能［３３］。??一般情况，粉体表面改性的目的是增加改性粉体表面的亲水性和疏水性。如果要??增加改性粉体的疏水性，则要选择疏水性改性剂。如果要增加改性粉体的亲水性，则??要选择亲水性改性剂。这样改性后的粉体与溶剂之间才会具有更好的相容性。??１．６．１偶联改性法??偶联改性法［３４’３５３是指粉体颗粒的表面与改性的偶联剂发生反应，粉体和偶联剂分??子之间除了有像离子键、共价键等比较强的化学键外，还存在像范德华力、氢键或配??位键等相对较弱的相互作用力。通过多种相互作用力可以促使偶联剂包覆在
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维红外光谱法分析聚丙烯C-H伸缩振动[J]. 常明,武玉洁,张海燕,程瑶,于宏伟. 理化检验(化学分册). 2016(03)
[2]结构化学中的VSEPR理论与八隅体规则[J]. 路慧哲,杜凤沛. 大学化学. 2015(06)
[3]表面活性剂在材料工程中的应用[J]. 李新明,段家宝,李常胜. 中国高新技术企业. 2014(07)
[4]太赫兹谱定量测试中朗伯比尔定律表征形式分析[J]. 苏海霞,张朝晖,赵小燕,李智,燕芳,张寒. 光谱学与光谱分析. 2013(12)
[5]硅烷偶联剂制备及对磷灰石-硅灰石生物玻璃陶瓷的表面改性[J]. 龙沁,周大利,张翔,卫冬娟,柳淑婧,陈冬宁. 无机化学学报. 2013(05)
[6]碳化硅陶瓷的应用现状[J]. 柴威,邓乾发,王羽寅,李振,袁巨龙. 轻工机械. 2012(04)
[7]通过凝胶注模成型和无压烧结制备碳化硅陶瓷[J]. 张景贤,江东亮,林庆玲,陈忠明,黄政仁. 硅酸盐学报. 2012(08)
[8]硅烷偶联剂改性海泡石的制备及表征[J]. 李计元,马玉书,张婷婷,王长平,王宝河. 非金属矿. 2011(05)
[9]四甲基氢氧化铵的制备及应用研究进展[J]. 许小荣,范少文,董妍妍,姚林祥,任保增. 化工进展. 2011(S1)
[10]超细羽绒粉体的表面疏水化改性[J]. 王罗新,吴忠波,蔡静平,邹汉涛,易长海,徐卫林. 四川大学学报(工程科学版). 2011(03)
博士论文
[1]碳化硅微粉表面改性及其在磨具中的应用[D]. 华勇.郑州大学 2006
本文编号：3375299
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