粉體的團(tuán)聚與分散問(wèn)題已經(jīng)成為制備與發(fā)展陶瓷超細(xì)/納米粉體的瓶頸。單相粉體往往難能滿足高技術(shù)陶瓷與功能陶瓷發(fā)展的需要, 因此, 人們開(kāi)展了超細(xì)粉體的表面修飾、表面改性乃至利用表面包覆技術(shù)改變材料的相結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究。
粉體的表面修飾是解決超細(xì)粉體團(tuán)聚的一種最重要的途徑。粉體的表面修飾主要是改善粉體的表面化學(xué)與物理特性, 在提高粉體在介質(zhì)中的分散性、降低粉體的團(tuán)聚程度的同時(shí), 賦予材料新的特性。
粉體的表面修飾
為了實(shí)現(xiàn)良好的表面修飾效果, 用于改性的有機(jī)物應(yīng)該與顆粒達(dá)到最大程度的潤(rùn)濕,即形成均勻致密的包覆層, 這主要依賴于有機(jī)改性劑在顆粒表面的物理和化學(xué)吸附作用。其中物理吸附主要通過(guò)改性劑與顆粒之間通過(guò)范德華力、靜電引力等物理作用; 化學(xué)吸附主要是利用顆粒外表面的官能團(tuán)與改性劑間的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)表面活性劑對(duì)顆粒的表面包覆, 這是粉體表面修飾研究的主要內(nèi)容。由于用于改性的有機(jī)物種類(lèi)繁多、官能團(tuán)結(jié)構(gòu)各異, 其吸附機(jī)制以及吸附層的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。其吸附量以及吸附作用的強(qiáng)弱通常與粉體的表面性質(zhì), 改性劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及溫度、介質(zhì)性質(zhì)( 如體系的pH 值、無(wú)機(jī)鹽的添加) 等因素有關(guān), 更多的是一些經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)律。
1. 偶聯(lián)劑處理
偶聯(lián)劑( coupling agent) 是一種同時(shí)具有與無(wú)機(jī)物和有機(jī)物分別反應(yīng)的功能基團(tuán)的化合物, 其分子量不大。偶聯(lián)劑的作用是其一端能與粉體表面結(jié)合, 另一端可與分散介質(zhì)有強(qiáng)的相互作用。因此, 偶聯(lián)劑可以提高陶瓷材料與聚合物材料的親和性, 實(shí)現(xiàn)粉體在聚合物材料中的分散。目前常用的偶聯(lián)劑有鈦酸酯偶聯(lián)劑( 如三異硬脂酰基鈦酸異丙酯:( CH3) 2CHOTi( OOC17H35) 3) 、硅烷偶聯(lián)劑( 其通式可以表示為R- Si- X) 和鋯鋁酸鹽偶聯(lián)劑。
2 接枝反應(yīng)
顆粒( 如TiO2、SiO2 等粉體) 表面因?yàn)榇嬖诨钚粤u基, 可以作為接枝聚合反應(yīng)的地方。當(dāng)然也可以在一定條件下, 應(yīng)用化學(xué)或物理的方法使顆粒表面產(chǎn)生可參與接枝反應(yīng)的活性基團(tuán)。顆粒表面接枝聚合后, 粉體在有機(jī)溶劑或聚合物中的分散性有了顯著改善。如利用TiO2 表面的活性羥基與丙烯酸反應(yīng)形成含乙烯基的表面層, 再與苯乙烯單體聚合, 可以得到被聚苯乙烯包覆的TiO2 粉體。
3 靜電吸附
陶瓷粉體表面多數(shù)帶有羥基, 并且在不同的pH 值下, 表面帶有不同的電荷。選用與此電荷電性相反的離子型表面活性劑, 靜電作用可以使表面活性劑離子的荷電基團(tuán)( 通常為親水基) 吸附于粉體表面, 而疏水基則指向水相。如對(duì)于低等電點(diǎn)的陶瓷粉體, 可使用陽(yáng)離子型表面活性劑對(duì)粉體形成單層吸附; 對(duì)于高等電點(diǎn)的陶瓷粉體, 可使用陰離子表面活性劑對(duì)粉體形成單層吸附, 從而使得粉體由親水性表面變?yōu)槭杷员砻妗?br />
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