凹凸棒石粘土沉降分散行为研究

第41卷　第4期2005年7月 南京大学学报(自然科学)

J OU RNAL OF NANJ IN G UN IV ERSIT Y (NA TU RAL SCIENCES )

Vol.41,No.4

J uly ,2005

凹凸棒石粘土沉降分散行为研究

Ξ

金叶玲1ΞΞ

,陈　静1,钱运华1,赵宇培2,姚虎卿2

(1.淮阴工学院化工系,江苏淮安,223001;2.南京工业大学化工学院,南京,210009)

摘　要:　采用重力沉降分析法研究了酸碱度、表面活性剂、溶剂等对凹凸棒石粘土沉降分散行为的影响,并进行了理论分析.研究表明,溶液的p H 、表面活性剂浓度和分散介质类别均影响凹凸棒石粘土的沉降分散行为;凹凸棒石粘土表面及介质的极性变化是凹凸棒石粘土沉降分散行为改变的重要因素.凹凸棒石粘土的沉降分散行为具有规律性:即溶液的酸碱电解质浓度越大,凹凸棒石粘土分散稳定性越好.分散介质的极性越大,凹凸棒石粘土的分散状况越好.表面活性剂能明显促进凹凸棒石粘土在低介电常数有机介质中的分散状况,高浓度的表面活性剂促进凹凸棒石粘土分散及其稳定性的增强.凹凸棒石粘土表面及介质的极性增大会使凹凸棒石粘土粒子间斥力增强,促进粒子破碎,改善粒子的粒径分布,同时使粒子在电斥力作用下分散稳定性增高.关键词:　凹凸棒石粘土,沉　降,分　散中图分类号:　TQ 17

Deposition and Dispersion of Attapulgite Clay

Ji n Ye-L i ng 1

,Chen Ji ng 1

,Qian Y un-Hua 1

,Zhao Y u-Pei 2

,Y ao Hu-Qi ng

2

(1.Institute of Huaiying Technology ,Huai ′an Jiangsu ,223001,China ;

2.Nanjing University of Technology ,Nanjing ,210009,China )

Abstract :　A gravitational depositional experiment was established to study the effects of acidity ,surface-active agent and solvent on sedimentation and dis persional behavior of attapulgite clay in various media.The results shows that p H values of solution ,concentration of surface-active agent and the kind of solvent can efectively influence the dis persional behavior of attapulgite particles.The variation of the polarities of the attapulgite surface and the media is the main reason that causes changes of depositional and dis persional behaviors of the attapulgite particles.It is clear that the higher the concentration of acid or alkaline electrolytes ,the better the dis persional stability ,and the stronger the polarity of dispersants ,the better the dispersional stability.Surface-active agents can probably facilitate the decentralization of atta pulgite clay in organic dispersants with low dielectric constant ,and thus the com paratively high concentration of surface-active agents is crucial to the decentralization of attapulgite clay.The polarity augmentation of either the attapulgite surface or the media will increase the strong repulsive power ,which facilitates the crush of the particles ,thus improving the distribution of particle bulk.At the same time ,the action of electronic re pulsive power heightens the sus pension stability of attapulgite solution.K ey w ords :　attapulgite clay ,deposition ,dispersion

ΞΞΞ通讯联系人,E -mail :jinyl @

基金项目:江苏省科技攻关项目(BE2004387)

收稿日期:2005-03-01

凹凸棒石粘土作为塑料、橡胶和涂料等高分子材料的添加剂不仅可以降低成本,而且具有优良的补强作用,一直是凹凸棒石粘土应用研究的热点[1～4].资料表明,凹凸棒石粘土在介质中的分散和悬浮稳定性对浆料和涂料的性能有显著影响[5,6],但理论探讨凹凸棒石粘土在各种介质中的分散团聚行为目前还未见相关报道.

分散体系的悬浮稳定性不仅与体系的粒径分布有关,而且还与粒子间的作用力密切相关.与粒径分析实验相比,沉降分析法虽然仅能粗略反映粒子的粒径分布,但它能同时通过沉降时间的测定来反映系统的分散稳定性状况,因此沉降分析法在研究分散体系的沉降和悬浮稳

.显微观测法可以即时直观地反映粒子分散团聚状态,是沉降分析法的重要补遗.

本论文采用重力沉降分析实验为主,显微观测为辅的研究方法,探讨了溶液p H值、分散介质和表面活性剂等因素对凹凸棒石粘土沉降分散行为的影响,为凹凸棒石粘土的开发利用提供相关参考依据.

1　实验部分

1.1　主要原料及设备　凹凸棒石粘土(江苏盱眙产,欧伯特凹凸棒石粘土有限公司提供,标号为15#,凹凸棒石粘土含量68.3%);十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠,化学纯,上海化学试剂有限公司;其它试剂为分析纯.实验用水为二次蒸馏水.

JA1003型电子天平(上海精科天平厂); PHS-2C型酸度计(金坛市现代仪器厂); BX-41型显微镜(日本Olympus).

1.2　凹凸棒石粘土的提纯　配制一定浓度的分散剂水溶液,恒温搅拌下加入凹凸棒石粘土(固液比为1∶20),充分搅拌15min后,将此悬浮液置于超声波振荡器中超声震荡[7],至悬浮液中的凹凸棒石粘土颗粒充分水化分散,静置30min后,将此悬浮液上下两部分分离,取上部凹凸棒石粘土用二次蒸馏水充分洗涤,去除分散剂后,采用真空冷冻干燥,得提纯凹凸棒石粘土[8],提纯后的凹凸棒石粘土密封待用.X-衍射实验表明提纯后的凹凸棒石粘土纯度为99.8%.

1.3　凹凸棒石粘土悬浊液的p H测定　由于高浓度时凹凸棒石粘土很难充分分散,难以开展沉降实验.因此通过实验比较选择0.1%的凹凸棒石粘土浓度为实验浓度.取提纯后的15 #凹凸棒石粘土用去离子水配成0.1%悬浊液,在磁力搅拌器上低速搅拌,同时测定悬浊液p H的变化.以盐酸或氢氧化钠溶液调节上述悬浊液获得不同p H值下的凹凸棒石粘土悬浊液.

图1　重力沉降实验装置

Fig.1　G ravitational deposition instrument

1.4　沉降实验　通过实验考察凹凸棒石粘土在不同溶液中的沉降率随时间的变化,进而考察凹凸棒石粘土的沉降-分散规律.实验装置如图1所示.在沉降烧杯中加入200mL二次蒸馏水或其它溶剂,调节p H值或加入表面活性剂后,加入纯的15#凹凸棒石粘土0.2000 g,在磁力搅拌器上低速搅拌20min后静置5 s,开始沉降实验:放下沉降盘,5s开始记时,开始以5s为间隔,后10s为间隔,逐步换成1 min、5min、10min、20min等,在出现相同沉降值时调高间隔时间且累记1h内沉降量不再发生变化时,即认为已达沉降终点.绘出凹凸棒石粘土沉降率随时间的变化曲线即为沉降曲线.

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