陶瓷粉體超微細化是高性能陶瓷粉體發(fā)展的趨 勢，但其表面能大，表面效應引起團聚現(xiàn)象.含納米 陶瓷涂料制備的關鍵是如何確定納米陶瓷超微顆粒 的穩(wěn)定分散hi I9世紀中葉，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 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 成保護層的“空間位阻穩(wěn)定機制”；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到穩(wěn)定的 “靜電位阻穩(wěn)定機制關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，對其穩(wěn)定分散機理及影響 含納米陶瓷涂料穩(wěn)定分散性的調(diào)控條件進行研究.

1實驗方法與過程

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.

沉降實驗的步驟為：選用6個千凈的10 ml.量 筒.裝滿涂料后稱重，并進行超聲波分散.往第1?5 號量筒分別加人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)定體積分數(shù).

選擇懸浮體系分散條件時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)點是可直觀對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值的變化關系即可初步確定較佳的分散劑和分 散條件[2].在沉降實驗的樣品中選出穩(wěn)定性較強的 樣品以及未加分散劑的樣品，稀釋后在Zetaplus儀 上測定f電位，用稀HC1和NaOH調(diào)節(jié)pH值，測 定2種樣品的pH-5曲線.

2實驗結(jié)果與分析

2.1沉降實驗結(jié)果與分析

1?6號樣品靜置72 h的穩(wěn)定體積分數(shù)如表1

所示.

P. J. Anderscm等通過研究認為氣具有較高負 電位f值的溶液相應具有較低的粘度，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pH = 9?！0時，涂料難于涂覆在基 材上；而當pH=7?S時，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，都會影響

由圖2可以看出，隨著pH值增大，各種涂料的 !負電勢都有增大的趨勢.無分散劑的涂料只有pH 值較大時(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值較低時保持高的負電 勢，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： 當溶液pH值較小，為酸性時，-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 f較??；相反，當料漿的pH值較髙呈堿性時，支鏈之 間的排斥較大，長鏈則舒展開來形成擴展的平坦結(jié) 構(gòu)，實現(xiàn)了靜電-位阻穩(wěn)定(見圖3(b)).

(a)(b)

(a)—pH<7； (b)--pH>7

圖3 CMC在含納來陶瓷領粒上吸附形態(tài)示意圖

2-2 f測試結(jié)果與分析

隨pH值變化的測量值如表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關系曲 線.

表2 未加分散郝樣品的$電位實測值 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/%

時間A試樣號

t號2兮3號4號5號6號

2491.892.091. 89h 881. 684,0

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

7285.788.085. 783, 766. 370,0

V

斥力，靜電起主導作用；當顆粒距離較近時，空間位 阻阻止顆粒靠近，從而使分散體系的穩(wěn)定性較強，如 圖1所示「31.當羧甲基纖維素鈉的濃度再增加時，會 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，不利于潤濕和分散.

由表1可知，2號樣品具有較強的穩(wěn)定件.往2號樣 品中加人的羧甲基纖維素鈉體積分數(shù)為0. 1% ,羧甲 基纖維素鈉的分子式為[CcH^OJC^COONa)],. 由1?5號樣品體積分數(shù)規(guī)律可知，當羧甲基纖維素 鈉的體積分數(shù)為〇?〇. 1%_時，涂料顆粒由于表面吸 附高分子鏈而帶負電.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)定體積分數(shù)逐漸增大， 并且當樣品體積分數(shù)為0. 1%時涂料顆粒表面的吸 附達到飽和.此時，錨固基團吸附在顆粒表面上的量 增多，達到飽和，將粒子表面包圍，位阻效應防止布 朗運動粒子靠近;此外，由于都帶負電荷而使粒子間 相互排斥，減小r范德華力的作用，于是產(chǎn)生靜電、 位阻復合穩(wěn)定作用.當顆粒距離較遠時，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聚與分散清況

金屬基材的性能，對基材產(chǎn)生腐蝕.因此，應將涂料 的pH值控制在中性或弱堿性范圍內(nèi)，即PH = 7? &在這個范圍內(nèi)，添加羧甲基纖維素鈉的涂料具有 較髙的負電勢，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)定分散機理為靜電位咀 穩(wěn)定分散機理.

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.