水镁石的表面改性和表面能的测定

论文摘要

本文综述了国内外表面改性技术的各种方法和原理,对适用于水镁石（主要成分为氢氧化镁）的改性技术进行归纳总结,在此基础上对阴离子类表面活性剂在水镁石的改性效果及工艺方面进行了研究。在研究过程中引入表面能来量化改性效果,探索了粉体表面能的测试技术。阴离子表面活性剂的来源广泛价格低廉,改性工艺简单,因此是水镁石改性的理想改性剂。根据阴离子表面活性剂中亲水基团的不同,将阴离子表面活性剂分为羧酸类、磺酸类、硫酸类、磷酸类,不同类别之间在对水镁石改性效果方面存在很大差异。羧酸类和磷酸类活性剂具有很好的改性效果,改性后粉体具有很强的疏水性,水接触角从小于90°升高到120°以上;磺酸盐和硫酸盐改性的水镁石,表面依然存在较强的亲水性。另一方面,研究了阴离子表面活性剂的疏水烃链的链长对改性的影响,发现改性后水镁石表面疏水性也随着改性剂链长的增加而增大。在改性过程中,由于表面活性剂的吸附,水镁石粉体在防团聚方面有所改善。本文对水镁石表面改性的工艺进行了研究。在不同改性剂用量、反应温度、反应时间条件下,总结这些因素对水镁石表面改性效果的影响。得出了最优改性工艺条件:使用效果较理想的羧酸盐类活性剂,改性剂的最佳用量为水镁石摩尔用量的0.3%,改性温度60-70℃,改性时间为20min。表面改性剂对水镁石的表面改性既有物理吸附,又有化学吸附,在表面改性工艺研究的基础上,探索改性剂的改性机理。固体表面能的研究具有非常实际的意义,对粉体的测量更是很有难度。用接触角理论间接测量粉体的表面能,也处在起步阶段。本文尝试用接触角法对表面能进行测定,表面改性作用对表面能的影响变化就可以直观地用数值表示出来。计算出表面能后得出:几种改性效果较差的改性剂对改性后水镁石表面能的降低作用很小,经过羧酸盐和磷酸盐改性后的粉体表面能下降很多;而且随着改性剂中非极性链烃的碳原子个数增加,表面能逐渐下降,符合已有的结论。Washburn方程可以用于粉体接触角的计算,用接触角计算表面能各参数具有可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 水镁石简介
• 1.2.1 水镁石的性质
• 1.2.2 水镁石的用途
• 1.2.2.1 无机阻燃剂
• 1.2.2.2 生产氧化镁
• 1.2.2.3 环保领域的应用
• 1.3 表面改性方法
• 1.3.1 喷涂包覆改性
• 1.3.2 机械化学改性
• 1.3.3 高能改性法
• 1.3.4 胶囊化改性
• 1.3.5 沉淀反应改性
• 1.3.6 湿法化学改性
• 1.3.6.1 阴离子表面活性剂
• 1.3.6.2 偶联剂
• 1.3.6.3 高分子改性剂
• 1.4 表面改性与团聚
• 1.4.1 团聚机理
• 1.4.2 纳米粉体的分散理论
• 1.4.3 表面活性剂的分散作用
• 1.5 表面能与接触角
• 1.5.1 接触角计算表面能理论
• 1.5.1.1 Zisman法
• 1.5.1.2 Equation of state法
• 1.5.1.3 Geometric and Harmonic法
• 1.5.1.4 Lifshitz-van der Waals acid base法
• 1.5.2 接触角的测量方法
• 1.5.2.1 直接测量法
• 1.5.2.2 Washburn间接测量法
• 1.6 本文研究内容
• 第二章 实验材料和方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验仪器设备
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 零电位点的测定
• 2.3.2 吸水率的测定
• 2.3.3 吸油率的测定
• 2.3.4 石蜡中的沉降速率测定
• 2.3.5 石蜡中粘度的测定
• 2.3.6 水接触角的测定
• 2.3.7 粒子形态观察
• 2.3.8 粒度分布测试
• 2.3.9 红外光谱分析
• 2.3.10 热稳定性测试
• 2.3.11 羧酸和羧酸盐浓度的测定
• 2.3.12 活化指数
• 第三章 亲水亲油基对表面改性的影响
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 水镁石的表面性质
• 3.3.2 改性前后表面性质变化
• 3.3.2.1 吸水率与吸油率
• 3.3.2.2 沉降速率与粘度
• 3.3.2.3 水接触角变化
• 3.3.3 表面改性对团聚的影响
• 3.3.3.1 表面改性对形貌的影响
• 3.3.3.2 表面改性对粒度分布的影响
• 3.3.4 表面改性对稳定性的影响
• 3.3.5 亲水基对表面吸附过程的影响
• 3.3.6 改性剂链长对疏水性的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 水镁石的改性工艺
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 湿法改性
• 4.2.1.1 改性剂用量的影响
• 4.2.1.2 改性温度的影响
• 4.2.1.3 改性时间的影响
• 4.2.2 干法改性
• 4.2.3 表面改性剂的抽提
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 表面改性剂的吸附与抽提
• 4.3.1.1 改性剂浓度标准曲线的建立
• 4.3.1.2 索氏抽提洗脱曲线
• 4.3.1.3 抽提后残留活性剂的检测
• 4.3.2 湿法改性工艺
• 4.3.2.1 改性剂加入量的影响
• 4.3.2.2 改性温度的影响
• 4.3.2.3 改性时间的影响
• 4.3.2.4 湿法工艺的过程分析
• 4.3.2.5 湿法工艺的最优条件
• 4.3.3 干法湿法工艺对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 表面能的测定初探
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 薄层毛细板的制备
• 5.2.2 直接法测定接触角
• 5.2.3 间接法测定接触角
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 探针液体的选择
• 5.3.2 直接法测量接触角
• 5.3.3 间接法测量接触角
• 5.3.4 表面能的计算
• 5.4 本章小节
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表论文和所获科研成果