聚环氧琥珀酸对纳米碳酸钙粒子的分散作用

1 实 验

1、1  实验原料、仪器

纳米碳酸钙(CaCO3) ,工业品,粒径为60 nm ;聚环氧琥珀酸(PESA) ,工业品;六偏磷酸钠(SHMP) ,分析纯;十二烷基硫酸钠(SDS) ,分析纯;聚丙烯酸钠( PAAS) 、水解马来 酸酐(HPMA) 、丙烯酸2丙烯酸酯2膦酸2磺酸盐四元共聚物(PAAPS) 、丙烯酸2丙烯酸酯2磺酸盐(AAS) 、丙烯酸2丙烯酸脂类共聚物(AA) 、丙烯酸222甲基2丙烯酰胺基丙磺酸类共聚物(AA/ AMPS) 、马来酸2丙 烯酸共聚物(MA/ AA) ,均为工业品;分散介质均为一次蒸馏水。

721 可见分光光度计、PHSJ24A 型pH 计。800 型离心沉淀器;7921 型磁力加热搅拌器。

1、2  分散性的测定

配制一定含量分散剂的水溶液40 mL ,称量110 g纳米碳酸钙粉末加入配制好的分散剂溶液里,以700r/ min 搅拌20 min ,所得悬浮液即碳酸钙悬浮液。

观察悬浮液的沉降现象,用沉降法初步测定分散性。静置30 min 后,用移液管移取5 mL 上层悬浮液,用100 mL 容量瓶稀释20 倍,用分光光度计测 其透光率。透光率的大小与单位体积中的粒子数成反比,所以,透光率大小可表征颗粒在体系中的分散性能好坏。透光率越小,分散性越好。

1、3  分散稳定性的测定

配制质量分数为215 %的纳米碳酸钙悬浮液,用4000 r/ min 的离心机离心20 min ,测上层液的透光率,透光率越小,所加分散剂的稳定性越好。

2  结果与讨论

2、1  单组分分散剂对纳米碳酸钙的分散性

所用的分散剂有PESAPAASHPMA、PAAPS、AAS、AA、AA/ AMPSAA/ MA。加入相对于碳酸钙质量3 %的分散剂,配置好悬浮液静置5min ,现象如表1 所示。

由表1 可知HPMA 对碳酸钙不仅无分散作用, 反而促进絮凝沉降; PESAPAAS、PAAPS、AAS、 AA/ AMPS 这5 种物质具有较好分散作用,而MA/ AA、AA 对碳酸钙的分散性却很差。

2、2  复合分散剂对纳米碳酸钙的分散性

当体系中加入表面活性剂后,可以提高颗粒的 润湿性, 从而提高其在水相中的分散稳定性 。表 面活性剂的提高润湿性和SHMP、PESA 的双电子 层静电排斥、位阻效应3 种作用大大的提高了三元 复配对碳酸钙浆料的分散性能。因此,三元复配效 果优于单个的、二元复配的效果。三元复配中PE2 SA 占主要部分,磷的含量大大降低,为聚环氧琥珀 酸系的分散剂,可称为绿色系列的分散剂。

2、3  纳米碳酸钙悬浮液的稳定性

表4 可以看出,分散剂组成和配比为118 %PE2SA、017 %SHMP、011 %SDS 时,纳米碳酸钙的动力学稳定性最佳。三者按一定的比例复配时,表面活性剂的增润性和PESA、SHMP 的分散稳定性提高 了碳酸钙的分散稳定性。单分散剂PESAPESA 与其他的分散剂复配时,效果比3 组分复配的分散剂差一些。最不稳定的是PAAS ,可能由于PAAS 的重复单元里只含有一个羧基而PESA 含有2 个。羧 基的螯合作用和电解质作用是分散稳定性的关键因素 ,所以PESA 的分散稳定性比PAAS 好。当PESA 与SHMP 不同比例复配时,动力学分散稳定 性相对稳定,其中稳定性最好的是110 %PESA 和110 %SHMP。可能是由于此比例复配中SHMP 的静电稳定作用和PESA 的位阻作用达到平衡,使分散稳定性达到最佳。

3  结论

(1) 针对质量分数为215 %的纳米碳酸钙悬浮 液,考虑分散效果和环境问题,PESA 可以选作最佳 分散剂。
(2) 二元复配配方mPESA∶mSHMP = 1∶1 ,总用量 为110 %时,分散性能和动力学稳定性较佳。
(3) 考虑到分散性、稳定性和性价比,三元复配 配方mPESA∶mSHMP∶mSDS = 118∶017∶011 ,总含量为 216 %时效果最佳。