纳米碳酸钙颗粒解聚及在水介质中的分散研究

论文摘要

纳米碳酸钙是重要的化工新材料,目前在许多工业部门获得越来越广泛的应用。纳米碳酸钙由于颗粒小,比表面积大,表面能高等因素常以团聚体形态存在,严重影响了其原有的优异性能和产品应用效果。本论文在扩展的DLVO理论指导下,对纳米碳酸钙的解聚和在水介质中的分散行为以及分散剂聚丙烯酸钠对纳米碳酸钙的分散作用机理进行了研究。通过考察纳米碳酸钙在水介质中的分散行为、超声作用对分散的影响和透射电镜（TEM）观测等途径研究纳米碳酸钙的聚集方式。纳米碳酸钙以颗粒团聚体状态存在,每个团聚体包含数量众多的初级粒子,粒子间结合紧密,体积大而松散,很多呈链状结构。团聚体粒径达微米级,中位径d（0.5）为1.799μm。研究了纳米碳酸钙解聚和在水介质中的分散调控技术。高速搅拌可使纳米碳酸钙部分团聚体打开,并显著提高颗粒在水介质中的分散,中位径d（0.5）降至1.444μm;超声波处理和机械研磨可导致纳米碳酸钙团聚体颗粒更大程度上解聚,解聚后在pH值9和加入0.1%0.5%聚丙烯酸钠条件下,在水介质中呈强烈分散状态,中位径d（0.5）为0.173μm,接近一次颗粒的纳米尺度;十二烷基苯磺酸钠、六偏磷酸钠和聚丙烯酸钠均能使纳米碳酸钙在水介质中被调控为良好而稳定的分散状态。三种分散剂分散效果由强至弱的顺序为聚丙烯酸钠>六偏磷酸钠>十二烷基苯磺酸钠。研究了分散剂聚丙烯酸钠对纳米碳酸钙的分散作用机理。加入聚丙烯酸钠后碳酸钙在水溶液中广泛pH范围内ζ电位均为负,当pH为9时,ζ绝对值最大,电性排斥作用最强,从而导致碳酸钙颗粒间的强烈分散。聚丙酸钠在碳酸钙表面的吸附是溶解在水中的聚丙烯酸钠与CO32-、HCO3-和OH-等反离子竞争吸附到碳酸钙（—Ca+）的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 碳酸钙的概况
• 1.1.1 碳酸钙的分类
• 1.1.2 碳酸钙的性质
• 1.1.3 碳酸钙的应用及市场需求
• 1.2 纳米碳酸钙的研究及应用现状
• 1.2.1 纳米碳酸钙的制备工艺
• 1.2.2 纳米碳酸钙的应用
• 1.2.3 存在问题和发展趋势
• 1.3 无机超细粉体分散稳定理论
• 1.3.1 颗粒在液相中的相互作用
• 1.3.2 颗粒在液相中的分散调控方法和原理
• 1.4 研究内容和选题意义
• 2 样品、试剂和研究方法
• 2.1 样品、试剂和设备
• 2.1.1 实验样品
• 2.1.2 实验药剂
• 2.1.3 实验设备
• 2.2 实验研究方法
• 2.2.1 技术路线和流程
• 2.2.2 解聚和分散实验
• 2.2.3 分散效果评价
• 3 纳米碳酸钙颗粒聚集行为研究
• 3.1 纳米碳酸钙的 TEM 与粒度分布表征
• 3.1.1 TEM 表征
• 3.1.2 粒径分析
• 3.2 纳米碳酸钙颗粒在水介质中的分散行为
• 3.2.1 水介质中自然分散行为
• 3.2.2 pH 值对分散行为的影响
• 3.3 纳米碳酸钙颗粒聚集行为
• 4 纳米碳酸钙解聚和在水介质中分散调控研究
• 4.1 机械搅拌分散
• 4.1.1 磁力搅拌分散
• 4.1.2 高速分散机分散
• 4.2 分散剂调控分散
• 4.2.1 SDBS 的影响
• 4.2.2 LPL 的影响
• 4.2.3 CD458 的影响
• 4.2.4 三种分散剂对纳米碳酸钙分散的影响对比
• 4.3 超声波处理
• 4.4 机械研磨处理
• 4.4.1 研磨时间对碳酸钙分散的影响
• 4.4.2 机械强度对碳酸钙分散的影响
• 4.5 纳米碳酸钙解聚和在水介质中分散行为评判
• 4.5.1 纳米碳酸钙分散技术讨论
• 4.5.2 TEM 表征
• 5 纳米碳酸钙在水介质中分散机理讨论
• 5.1 液体介质中分散稳定理论
• 5.2 pH 值对分散行为的影响及机理分析
• 5.3 CD458 对纳米碳酸钙分散行为的影响机理
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献