陶瓷粉體超微細(xì)化是高性能陶瓷粉體發(fā)展的趨 勢(shì)，但其表面能大，表面效應(yīng)引起團(tuán)聚現(xiàn)象.含納米 陶瓷涂料制備的關(guān)鍵是如何確定納米陶瓷超微顆粒 的穩(wěn)定分散hi I9世紀(jì)中葉，J. Cesarano U等提 出了憎液膠體穩(wěn)定性的定量理論，后被統(tǒng)稱為DL- VO理論根據(jù)DLVO理論，涂料的分散穩(wěn)定機(jī) 理有3種：讕節(jié)體系pH值或增加體系電解質(zhì)濃度， 使超微顆粒表面形成雙電層的“靜電穩(wěn)定機(jī)制” i在 涂料中加人不帶電的高分子化合物，使微粒表面形 成保護(hù)層的“空間位阻穩(wěn)定機(jī)制”；通過吸附高分子 電解質(zhì)和在雙電層排斥力的共同作用下達(dá)到穩(wěn)定的 “靜電位阻穩(wěn)定機(jī)制關(guān)于超微顆粒分散劑的研究， J. CeSaran〇 DI等用聚甲基丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨作 a - A12(J3的分散劑，用多聚磷酸鈉等作為 caco3，Si02，Al2〇3等涂料的分散劑，取得了良好的 效果.在此,作者在含納米陶瓷涂料中加人羧甲 基纖維素鈉作為分散劑，對(duì)其穩(wěn)定分散機(jī)理及影響 含納米陶瓷涂料穩(wěn)定分散性的調(diào)控條件進(jìn)行研究.

1實(shí)驗(yàn)方法與過程

將Si〇2，Al2Oa，CaO，Mg〇等氧化物粉末按一 定比例混合，高溫熔化后水淬，制成玻璃塊，隨后通 過氣流磨制備成含有一定納米顆粒的納米陶瓷涂 料;分散劑采用分析純羧甲基纖維素鈉，以稀鹽酸和 稀NaOH調(diào)節(jié)PH值.

沉降實(shí)驗(yàn)的步驟為：選用6個(gè)千凈的10 ml.量 筒.裝滿涂料后稱重，并進(jìn)行超聲波分散.往第1?5 號(hào)量筒分別加人0.05%_,0. 10%,0, 15%,0. 20%和 〇.25%的羧甲基纖維素鈉；第S號(hào)量筒內(nèi)不加分散 劑•搖勻并通過超聲波分散后靜置，每隔24 h觀察 記錄1次穩(wěn)定懸浮部分的高度，該高度與涂料總高 度的比為穩(wěn)定體積分?jǐn)?shù).

選擇懸浮體系分散條件時(shí)較為合理的方法是分 析分散體系中顆粒之間靜電力的大小，即利用膠體 化學(xué)中電位f的大小來確定最佳工藝條件.這種方 法最突出的優(yōu)點(diǎn)是可直觀對(duì)比多種分散劑在分散體 系中的作用效果，根據(jù)電位f值隨某一工藝條件如 pH值的變化關(guān)系即可初步確定較佳的分散劑和分 散條件[2].在沉降實(shí)驗(yàn)的樣品中選出穩(wěn)定性較強(qiáng)的 樣品以及未加分散劑的樣品，稀釋后在Zetaplus儀 上測(cè)定f電位，用稀HC1和NaOH調(diào)節(jié)pH值，測(cè) 定2種樣品的pH-5曲線.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1沉降實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1?6號(hào)樣品靜置72 h的穩(wěn)定體積分?jǐn)?shù)如表1

所示.

P. J. Anderscm等通過研究認(rèn)為氣具有較高負(fù) 電位f值的溶液相應(yīng)具有較低的粘度，這將影響涂 料的加涂性能.作者分別將各種涂料的pH值調(diào)至7 ?8和9?10,直接通過試涂來判斷其粘度是否合 適.結(jié)果表明：當(dāng)pH = 9?！0時(shí)，涂料難于涂覆在基 材上；而當(dāng)pH=7?S時(shí)，涂覆效果較好；此外，涂料 在加涂、燒結(jié)過程中，若堿性或酸性過強(qiáng)，都會(huì)影響

由圖2可以看出，隨著pH值增大，各種涂料的 !負(fù)電勢(shì)都有增大的趨勢(shì).無分散劑的涂料只有pH 值較大時(shí)(pH = 9?10),其f較大.另一方面，與無分 散劑的涂料相比，含有0. 1 %羧甲基纖維素鈉分散劑 的納米陶瓷涂料的S在pH值較低時(shí)保持高的負(fù)電 勢(shì)，羧甲基纖維素納CMC在含納米顆粒表面上的吸 附形態(tài)如圖3所示.可見，產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是： 當(dāng)溶液pH值較小，為酸性時(shí)，-COONa離解后形 成一COOH的濃度較大，CMC支鏈之間的排斥力很 小，易吸附在一起呈卷曲狀(見圖3(a))，高分子鏈相 連形成環(huán)狀吸附于顆粒表面，因此，顆粒之間的電勢(shì) f較小；相反，當(dāng)料漿的pH值較髙呈堿性時(shí)，支鏈之 間的排斥較大，長(zhǎng)鏈則舒展開來形成擴(kuò)展的平坦結(jié) 構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了靜電-位阻穩(wěn)定(見圖3(b)).

(a)(b)

(a)—pH<7； (b)--pH>7

圖3 CMC在含納來陶瓷領(lǐng)粒上吸附形態(tài)示意圖

2-2 f測(cè)試結(jié)果與分析

隨pH值變化的測(cè)量值如表2和表3所示，圖 2所示為裉據(jù)表2所得的2種樣品的〖-pH關(guān)系曲 線.

表2 未加分散郝樣品的$電位實(shí)測(cè)值 f/mV pH

H 3.855. 17.98,~69>9 l〇, g

— 9.8-18,5-2H, 0- 30.0-43. 0—41.0-38.0

表1各試樣穂定體積分教p/%

時(shí)間A試樣號(hào)

t號(hào)2兮3號(hào)4號(hào)5號(hào)6號(hào)

2491.892.091. 89h 881. 684,0

488B. 890. 089. 8S9. 872. 580.0

7285.788.085. 783, 766. 370,0

V

斥力，靜電起主導(dǎo)作用；當(dāng)顆粒距離較近時(shí)，空間位 阻阻止顆?？拷?，從而使分散體系的穩(wěn)定性較強(qiáng)，如 圖1所示「31.當(dāng)羧甲基纖維素鈉的濃度再增加時(shí)，會(huì) 出現(xiàn)過飽和吸附現(xiàn)象^1，易于形成橋聯(lián)結(jié)構(gòu)，使固體 顆粒表面親水性反而降低，不利于潤(rùn)濕和分散.

由表1可知，2號(hào)樣品具有較強(qiáng)的穩(wěn)定件.往2號(hào)樣 品中加人的羧甲基纖維素鈉體積分?jǐn)?shù)為0. 1% ,羧甲 基纖維素鈉的分子式為[CcH^OJC^COONa)],. 由1?5號(hào)樣品體積分?jǐn)?shù)規(guī)律可知，當(dāng)羧甲基纖維素 鈉的體積分?jǐn)?shù)為〇?〇. 1%_時(shí)，涂料顆粒由于表面吸 附高分子鏈而帶負(fù)電.起靜電穩(wěn)定作用，并且高分子 鏈又起位阻穩(wěn)定作用，所以穩(wěn)定體積分?jǐn)?shù)逐漸增大， 并且當(dāng)樣品體積分?jǐn)?shù)為0. 1%時(shí)涂料顆粒表面的吸 附達(dá)到飽和.此時(shí)，錨固基團(tuán)吸附在顆粒表面上的量 增多，達(dá)到飽和，將粒子表面包圍，位阻效應(yīng)防止布 朗運(yùn)動(dòng)粒子靠近;此外，由于都帶負(fù)電荷而使粒子間 相互排斥，減小r范德華力的作用，于是產(chǎn)生靜電、 位阻復(fù)合穩(wěn)定作用.當(dāng)顆粒距離較遠(yuǎn)時(shí)，雙電層產(chǎn)生

U)—分散前i (b>—分敕后 圖4含納米閑瓷涂料額粒團(tuán)聚與分散清況

金屬基材的性能，對(duì)基材產(chǎn)生腐蝕.因此，應(yīng)將涂料 的pH值控制在中性或弱堿性范圍內(nèi)，即PH = 7? &在這個(gè)范圍內(nèi)，添加羧甲基纖維素鈉的涂料具有 較髙的負(fù)電勢(shì)，使涂料很好地分散穩(wěn)定（見圖4).

3結(jié)論

a.在含納米陶瓷涂料中加人羧甲基纖維索鈉 分散劑，調(diào)控pH值后的穩(wěn)定分散機(jī)理為靜電位咀 穩(wěn)定分散機(jī)理.

b.在含納米涂料料漿中添加0.1%羧甲基纖維 素鈉，調(diào)節(jié)pH = 7?8,并且控制含納米陶瓷顆粒涂 料的粘度，可以有效地提高含納米陶瓷涂料的穩(wěn)定分散性.