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氧化铝粉体因其具有高熔点、高硬度,良好的导热、绝缘、耐磨、耐腐蚀等性能,被广泛应用于精细陶瓷、微电子、高分子复合材料、漆料等领域。但是在氧化铝粉体应用过程中还存在着易团聚,水性体系中的分散稳定性差,与有机高聚物基体相容性差等问题,影响氧化铝粉体的应用性能。
为了解决氧化铝粉体应用中存在的问题,对其表面改性是一种有效的手段。目前,氧化铝粉体表面改性主要分为无机包覆与有机改性两种。本论文针对氧化铝粉体易团聚、水性体系分散稳定性差的问题,采用无机改性中的二氧化硅包覆法对其改性,以提升其在水性体系分散稳定性;针对氧化铝粉体与有机高聚物基体相容性差的问题,采用有机改性中的机械力化学法对其进行改性,以提升其与有机高聚物基体的亲和性。重点研究了分散手段对氧化铝粉体在水中分散的影响,不同改性工艺条件对改性效果的影响,并采用多种测试手段对改性后粉体的改性效果进行表征和评价,得到如下结论:
(1)对氧化铝粉体在水中分散的研究结果表明,超声波分散、加六偏磷酸钠分散剂、调节悬浮液pH的手段可以改善氧化铝粉体在水中的分散性。当超声波分散时间为4min、六偏磷酸钠分散剂质量分数浓度为1.25%时,氧化铝粉在水悬浮液中的Zeta电位绝对值最大,悬浮液分散稳定性好;在pH7~12范围内悬浮液碱性越强粉体分散性越好;
(2)对二氧化硅包覆氧化铝粉体改性的研究结果表明,采用水解包覆法,以硅酸钠为硅源对氧化铝粉体进行包覆,可以在氧化铝粉体颗粒表面生成一层二氧化硅膜,对氧化铝颗粒微观形貌进行修饰,改善其在水性体系中的分散稳定性。当包覆温度为70℃~80℃、陈化时间为4h、体系pH为9.3、硅酸钠与氧化铝质量比为0.04:1时,改性后的氧化粉体改性效果好,在水悬浮液中的分散稳定性明显改善,取5g粉体在10mL比色管中沉降24h后,累计沉降体积为0.8mL。
(3)对氧化铝粉体机械力化学表面改性的研究结果表明,硬脂酸钠、月桂酸钠和TSG-0901钛酸酯偶联剂三种改性剂,均可以通过机械力化学改性方法对氧化铝粉体进行有效的表面有机改性。其中硬脂酸钠改性效果相较于其他两种改性剂改性效果更好;采用硬脂酸钠作为改性剂时,随着改性剂用量的增多和改性时间的增加,粉体的改性效果变好,当改性剂的加入量为氧化铝粉体质量的5%,改性时间为90min时,粉体颗粒基本全部改性,粉体活化指数达99.8%。当改性剂加入量继续增大或改性时间继续增加时,改性后粉体吸油量和石蜡油悬浮液粘度不断降低,粉体颗粒与有机物的相容性变得更好。
为了解决氧化铝粉体应用中存在的问题,对其表面改性是一种有效的手段。目前,氧化铝粉体表面改性主要分为无机包覆与有机改性两种。本论文针对氧化铝粉体易团聚、水性体系分散稳定性差的问题,采用无机改性中的二氧化硅包覆法对其改性,以提升其在水性体系分散稳定性;针对氧化铝粉体与有机高聚物基体相容性差的问题,采用有机改性中的机械力化学法对其进行改性,以提升其与有机高聚物基体的亲和性。重点研究了分散手段对氧化铝粉体在水中分散的影响,不同改性工艺条件对改性效果的影响,并采用多种测试手段对改性后粉体的改性效果进行表征和评价,得到如下结论:
(1)对氧化铝粉体在水中分散的研究结果表明,超声波分散、加六偏磷酸钠分散剂、调节悬浮液pH的手段可以改善氧化铝粉体在水中的分散性。当超声波分散时间为4min、六偏磷酸钠分散剂质量分数浓度为1.25%时,氧化铝粉在水悬浮液中的Zeta电位绝对值最大,悬浮液分散稳定性好;在pH7~12范围内悬浮液碱性越强粉体分散性越好;
(2)对二氧化硅包覆氧化铝粉体改性的研究结果表明,采用水解包覆法,以硅酸钠为硅源对氧化铝粉体进行包覆,可以在氧化铝粉体颗粒表面生成一层二氧化硅膜,对氧化铝颗粒微观形貌进行修饰,改善其在水性体系中的分散稳定性。当包覆温度为70℃~80℃、陈化时间为4h、体系pH为9.3、硅酸钠与氧化铝质量比为0.04:1时,改性后的氧化粉体改性效果好,在水悬浮液中的分散稳定性明显改善,取5g粉体在10mL比色管中沉降24h后,累计沉降体积为0.8mL。
(3)对氧化铝粉体机械力化学表面改性的研究结果表明,硬脂酸钠、月桂酸钠和TSG-0901钛酸酯偶联剂三种改性剂,均可以通过机械力化学改性方法对氧化铝粉体进行有效的表面有机改性。其中硬脂酸钠改性效果相较于其他两种改性剂改性效果更好;采用硬脂酸钠作为改性剂时,随着改性剂用量的增多和改性时间的增加,粉体的改性效果变好,当改性剂的加入量为氧化铝粉体质量的5%,改性时间为90min时,粉体颗粒基本全部改性,粉体活化指数达99.8%。当改性剂加入量继续增大或改性时间继续增加时,改性后粉体吸油量和石蜡油悬浮液粘度不断降低,粉体颗粒与有机物的相容性变得更好。