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三乙醇胺對(duì)氧化鋯水基漿料穩(wěn)定性的影響

2014-09-21 13:25彭牛生劉革命王文平王仁平吳珊肖偉
佛山陶瓷 2014年6期
關(guān)鍵詞:三乙醇胺氧化鋯穩(wěn)定性

彭牛生+劉革命+王文平+王仁平+吳珊+肖偉

摘 要:本文通過在不同固相含量的氧化鋯水基漿料中添加三乙醇胺,經(jīng)過球磨混合均勻,采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)和pH計(jì)測(cè)試了漿料的黏度、pH值,并測(cè)量漿料擺放一段時(shí)間后漿料沉降高度及沉降結(jié)底層的厚度。實(shí)踐證明,不同含量的三乙醇胺對(duì)漿料的穩(wěn)定性有一定的影響,為獲得高固相含量的氧化鋯穩(wěn)定水基漿料提供了幫助。

關(guān)鍵詞:三乙醇胺;氧化鋯;水基漿料;穩(wěn)定性;影響

1 引言

氧化鋯陶瓷不僅具有高硬度、耐腐蝕等性能,還具有優(yōu)異的抗彎強(qiáng)度和韌性,其制品拋光后表面光潔度能夠達(dá)到與鏡面類似的效果。因此,在高檔民用陶瓷中占有重要的地位,其代表產(chǎn)品有手表、手鏈、手機(jī)配件、民用陶瓷刀、餐具等。在高精度零配件中也有應(yīng)用,典型產(chǎn)品為光纖連接器中的插芯和套管,而且在工業(yè)陶瓷上也具有很大的市場(chǎng),如:各種耐磨損、耐腐蝕結(jié)構(gòu)件,其產(chǎn)品有研磨介質(zhì)、攪拌棒、球閥等;又因其具有較高的離子電導(dǎo)率、良好的結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性,所以也是理想的固體電解質(zhì)材料。氧化鋯陶瓷產(chǎn)品的成型方法有多種,如:器型較大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品可采用干粉壓制法;器型小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的產(chǎn)品可采用注射成型法;大規(guī)格、器型復(fù)雜的產(chǎn)品,或者薄片產(chǎn)品,需要采用濕法成型(如:凝膠注模、流延成型、注漿成型等),而獲得高固相含量、低黏度的穩(wěn)定漿料是濕法成型的關(guān)鍵。

三乙醇胺,也稱三羥基三乙胺,(HOCH2CH2)3N,英文名Triethanolamine,簡(jiǎn)稱TEA,常用作水泥增強(qiáng)劑,以及減水劑、表面活性劑、洗滌劑、穩(wěn)定劑、乳化劑及織物柔軟劑等。三乙醇胺對(duì)不同水泥強(qiáng)度的影響效果也有不同[1],但可縮短初凝和終凝時(shí)間[2]。吳紅亞[3]發(fā)現(xiàn)使用三乙醇胺做分散劑可明顯增加輝沸石的超細(xì)粉碎效率;逄建軍[4]利用三乙醇胺合成了一種含有三乙醇胺側(cè)鏈的新型聚羧酸減水劑,在堿性條件下,增強(qiáng)分散性能;嚴(yán)家發(fā)等[5]采用三乙醇胺改性PVC,提高了材料的拉伸強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,但其流動(dòng)性下降;陳功等人[6]以三乙醇胺、環(huán)氧氯丙烷等原料在80℃下催化合成了一種雙子表面活性劑,總收率為41.3%;張秀玲[7]認(rèn)為三乙醇胺在切削液中起到穩(wěn)定劑作用;李運(yùn)玲[8]獲得工藝路線簡(jiǎn)單、易分解分散性好的含三乙醇胺側(cè)鏈的新型柔軟劑三乙醇胺脂肪酸脂季銨鹽。這些研究結(jié)果說明,三乙醇胺可作分散劑使用。因此,本文通過將三乙醇胺添加到氧化鋯水基漿料中,測(cè)試其黏度、穩(wěn)定性等方面的性能,并探索三乙醇胺含量對(duì)氧化鋯水基漿料穩(wěn)定性的影響。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備

(1) 原料

本實(shí)驗(yàn)采用的原料有三乙醇胺,分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;自制共沉淀3mol%氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯粉,其相關(guān)性能參數(shù)見表1。

(2) 設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備有行星球磨機(jī),南京大學(xué)儀器廠;黏度計(jì):LV DV-Ⅱ+Pro,美國(guó)博勒飛(Brookfield)實(shí)驗(yàn)設(shè)備股份有限公司;pH計(jì):STARTER 2100,奧豪斯儀器(上海)有限公司。

2.2漿料制備及檢測(cè)

首先,稱取180g氧化鋯粉和對(duì)應(yīng)的水,配置粉料固相含量分別為50 wt %、55 wt %、60 wt %、65 wt %的四組漿料;然后,在四組漿料中分別對(duì)應(yīng)添加0%、2%、4%、6%、8%的三乙醇胺,并置于球磨罐中球磨,其中,料球比為1:8,球磨轉(zhuǎn)速為210轉(zhuǎn)/min,球磨時(shí)間為4h;其次,取出漿液,過120目網(wǎng)篩,并測(cè)試其黏度及pH值;將漿料注入最大量程為100mL的量筒中,注至100mL刻度線,封口靜置,記錄分層后漿料液面高度及其對(duì)應(yīng)的時(shí)間;72h后,用玻璃棒探測(cè)在量筒中結(jié)底漿料的厚度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1三乙醇胺對(duì)漿料黏度的影響

三乙醇胺含量對(duì)不同固相含量漿料的黏度影響如圖1所示。

在圖1(a)固相含量為50wt%~60wt%的漿料中,添加2wt%分散劑的漿料黏度隨固相含量的增加而降低,相比未添加分散劑的漿料,黏度都升高,這與顆粒間的間距有關(guān):固相含量越大,顆粒濃度越大,顆粒間的間隙越小,顆粒間的排斥力越大,顆粒間的絮凝受到阻礙,漿料分散性更好.因此,漿料的黏度變小。

但從圖1(b)中可見,固相含量為65wt%漿料中,添加有三乙醇胺分散劑的漿料,相比未添加三乙醇胺的漿料,其黏度值整體呈急劇攀升的趨勢(shì),最低值達(dá)到25315MPa·s,漿料變得很粘稠。說明顆粒間相互吸引成團(tuán)狀,此時(shí)分散劑不但沒有起到分散作用,反而起到絮凝作用,該粉料在65wt%的固相濃度下,三乙醇胺不適合作分散劑使用。

3.2三乙醇胺對(duì)漿料pH值的影響

三乙醇胺含量對(duì)不同固相含量漿料pH值的影響如圖2所示。

由圖2可知,隨著三乙醇胺含量的增加,漿料的pH值逐漸增大,漿料固相含量越高,pH值越大。考慮到pH值大于10時(shí),漿料對(duì)設(shè)備的腐蝕較大,在實(shí)際生產(chǎn)中,漿料的pH值應(yīng)低于10。因此,50wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應(yīng)低于8%;55wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應(yīng)低于6%;60wt%固相含量的漿料中三乙醇胺分散劑含量應(yīng)低于4%;65wt%固相含量的漿料在添加2wt%的三乙醇胺時(shí)pH值就已經(jīng)接近10,考慮到該濃度所有添加有三乙醇胺的漿料黏度都偏大,因此,在該濃度下不建議使用三乙醇胺作為分散劑。

在未添加三乙醇胺的漿料中,pH值集中在7左右,說明漿料都呈電中性。但是,55wt%固相含量漿料的pH值相比其他濃度漿料的pH偏低,說明氧化鋯在純水中不電解,使得漿料中電解質(zhì)稀少,導(dǎo)致pH測(cè)量?jī)x器測(cè)不準(zhǔn)。因?yàn)樵诩兯?,pH計(jì)的測(cè)量值是不穩(wěn)定的。

3.3三乙醇胺對(duì)漿料沉降性能的影響

漿料在靜置初期就存在沉降分層現(xiàn)象,而未添加三乙醇胺的漿料,在靜置初期不容易觀察到其沉降分層現(xiàn)象。因此,認(rèn)為未添加分散劑的漿料,顆粒分布范圍廣,漿料最上層的顆粒粒徑為納米級(jí),在水溶液中其懸浮性能好,不沉降或者極難沉降;漿料中層的顆粒粒徑介于微米與納米之間,這個(gè)范圍的顆粒在水溶液中也具有相當(dāng)好的懸浮性,在溶液中受其他水分子和納米顆粒分子的無規(guī)則布朗運(yùn)動(dòng)的影響,克服重力影響也可進(jìn)行一段時(shí)間的布朗運(yùn)動(dòng),表現(xiàn)為沉降緩慢。雖然最下層的微米級(jí)顆粒,已經(jīng)出現(xiàn)沉積,而且沉積層還具有一定的厚度,但是視線受中間層渾濁漿料的阻礙,不易從肉眼上觀察漿料的沉降。

而添加有三乙醇胺分散劑的漿料,顆粒表面吸附有三乙醇胺,增加顆粒的有效半徑,相互吸引和排斥的作用力增加,加上自身重力的影響,導(dǎo)致重力下降趨勢(shì)大于無規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)。因此,表現(xiàn)為明顯的團(tuán)聚沉降,漿料出現(xiàn)明顯的固液分離現(xiàn)象,上層為透明清夜,下層為顆粒-溶液渾濁的不穩(wěn)定懸濁液。隨著時(shí)間的延長(zhǎng),懸濁液的液面逐漸下降。圖3~圖6為不同三乙醇胺含量對(duì)不同固相含量漿料沉降性能的影響。

由圖3可知,其前10h內(nèi)沉降程度相對(duì)小,其明顯程度為:6%>4%>2%>8%,30h后漿料的沉降高度相接近。但2%更明顯,相對(duì)明顯程度為:2%>4%>8%>6%;對(duì)于需要保存較長(zhǎng)時(shí)間的漿料,50wt%濃度下三乙醇胺的添加量以4%~8%為較佳。

由圖4可以看出,在前4h內(nèi),沉降最快的是含有6%三乙醇胺的漿料,其次分別是4%、2%、8%。如果防腐設(shè)備較好(pH值稍大于10),此時(shí)8%的三乙醇胺添加量較為理想,其黏度值為97.5MPa·s,沉降緩慢。綜合考慮,4%的添加量比較適合生產(chǎn)需要。

endprint

由圖5可知,前10h,添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為:4%>8%>2%>6%;50h后,除了添加量為2%的漿料外,其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度,4%的添加量為最佳。

由圖6可知,在前2h內(nèi),觀察到漿料基本不沉降,尤其是未添加分散劑的漿料,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都未見有固液分離現(xiàn)象。但是從其沉降結(jié)底層厚度來看,漿料仍然不穩(wěn)定,存在沉降分層現(xiàn)象。在前20h內(nèi),沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料,4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對(duì)漿料沉降結(jié)底層厚度的影響

漿料靜置一段時(shí)間,最低層有一定厚度的較硬的結(jié)底層,漿料結(jié)底厚度反映的是漿料的穩(wěn)定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結(jié)底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知,未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結(jié)底情況,固相含量為55wt%的漿料,其結(jié)底層厚度達(dá)到最高的10cm;而65%的漿料為最低值1cm。可能是在含量為55 wt %的漿料中,顆粒間的間隙適合沉底,濃度越低,越易分散開,分子間做布朗運(yùn)動(dòng)。濃度越高,顆粒間存在斥力越大,越容易阻礙顆粒沉底,因此,沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現(xiàn)硬結(jié)底情況,但是其漿料存在一定厚度的淤積層,粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來,清洗時(shí)可以看到量筒壁上和底部有薄的附層,沒有顆粒感,說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

(1) 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料,黏度值高于未添加分散劑的漿料,漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值;添加量大于4wt%時(shí)下降到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的低黏度值;固相含量達(dá)到65wt%以上時(shí),漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此,三乙醇胺起絮凝作用,不建議三乙醇胺做分散劑使用。

(2) 添加三乙醇胺,漿料的pH值上升,隨著添加量的增加,pH值呈上升趨勢(shì)。為了保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備,固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應(yīng)低于8%;55wt%固相含量的漿料其添加量應(yīng)低于6%;60wt%固相含量的漿料其添加量應(yīng)低于4%。

(3) 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢,黏度越大的漿料沉降更快;黏度越小的漿料,沉降越慢,漿料越穩(wěn)定,未觀察到沉降結(jié)底現(xiàn)象。當(dāng)固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時(shí),以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時(shí),可獲得適宜穩(wěn)定性的漿料。

(4) 未添加分散劑的漿料靜置后存在結(jié)底硬塊現(xiàn)象,而添加三乙醇胺制備的漿料,無結(jié)底硬塊現(xiàn)象,漿料較穩(wěn)定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

參考文獻(xiàn)

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究[J]. 四川建筑科學(xué)研究, 2008, 34(1): 139-141.

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應(yīng)用[J]. 表面活性劑工業(yè), 1998, 1: 37-39.

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由圖5可知,前10h,添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為:4%>8%>2%>6%;50h后,除了添加量為2%的漿料外,其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度,4%的添加量為最佳。

由圖6可知,在前2h內(nèi),觀察到漿料基本不沉降,尤其是未添加分散劑的漿料,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都未見有固液分離現(xiàn)象。但是從其沉降結(jié)底層厚度來看,漿料仍然不穩(wěn)定,存在沉降分層現(xiàn)象。在前20h內(nèi),沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料,4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對(duì)漿料沉降結(jié)底層厚度的影響

漿料靜置一段時(shí)間,最低層有一定厚度的較硬的結(jié)底層,漿料結(jié)底厚度反映的是漿料的穩(wěn)定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結(jié)底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知,未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結(jié)底情況,固相含量為55wt%的漿料,其結(jié)底層厚度達(dá)到最高的10cm;而65%的漿料為最低值1cm。可能是在含量為55 wt %的漿料中,顆粒間的間隙適合沉底,濃度越低,越易分散開,分子間做布朗運(yùn)動(dòng)。濃度越高,顆粒間存在斥力越大,越容易阻礙顆粒沉底,因此,沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現(xiàn)硬結(jié)底情況,但是其漿料存在一定厚度的淤積層,粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來,清洗時(shí)可以看到量筒壁上和底部有薄的附層,沒有顆粒感,說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

(1) 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料,黏度值高于未添加分散劑的漿料,漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值;添加量大于4wt%時(shí)下降到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的低黏度值;固相含量達(dá)到65wt%以上時(shí),漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此,三乙醇胺起絮凝作用,不建議三乙醇胺做分散劑使用。

(2) 添加三乙醇胺,漿料的pH值上升,隨著添加量的增加,pH值呈上升趨勢(shì)。為了保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備,固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應(yīng)低于8%;55wt%固相含量的漿料其添加量應(yīng)低于6%;60wt%固相含量的漿料其添加量應(yīng)低于4%。

(3) 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢,黏度越大的漿料沉降更快;黏度越小的漿料,沉降越慢,漿料越穩(wěn)定,未觀察到沉降結(jié)底現(xiàn)象。當(dāng)固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時(shí),以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時(shí),可獲得適宜穩(wěn)定性的漿料。

(4) 未添加分散劑的漿料靜置后存在結(jié)底硬塊現(xiàn)象,而添加三乙醇胺制備的漿料,無結(jié)底硬塊現(xiàn)象,漿料較穩(wěn)定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

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endprint

由圖5可知,前10h,添加有三乙醇胺分散劑的漿料沉降速度依次為:4%>8%>2%>6%;50h后,除了添加量為2%的漿料外,其他漿料沉降后漿料的高度都比較接近。綜合考慮其pH值和黏度,4%的添加量為最佳。

由圖6可知,在前2h內(nèi),觀察到漿料基本不沉降,尤其是未添加分散劑的漿料,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都未見有固液分離現(xiàn)象。但是從其沉降結(jié)底層厚度來看,漿料仍然不穩(wěn)定,存在沉降分層現(xiàn)象。在前20h內(nèi),沉降最快的是添加8%和2%三乙醇胺的漿料,4%和6%添加量的漿料沉降高度接近。

3.4三乙醇胺對(duì)漿料沉降結(jié)底層厚度的影響

漿料靜置一段時(shí)間,最低層有一定厚度的較硬的結(jié)底層,漿料結(jié)底厚度反映的是漿料的穩(wěn)定性能。不同三乙醇胺含量與固相含量的漿料沉降結(jié)底層厚度情況如圖7所示。

由圖7可知,未添加三乙醇胺的漿料都存在硬結(jié)底情況,固相含量為55wt%的漿料,其結(jié)底層厚度達(dá)到最高的10cm;而65%的漿料為最低值1cm??赡苁窃诤繛?5 wt %的漿料中,顆粒間的間隙適合沉底,濃度越低,越易分散開,分子間做布朗運(yùn)動(dòng)。濃度越高,顆粒間存在斥力越大,越容易阻礙顆粒沉底,因此,沉降緩慢。

而添加有三乙醇胺的漿料都未出現(xiàn)硬結(jié)底情況,但是其漿料存在一定厚度的淤積層,粘稠度比上層液稍稠。但可以全部順利傾倒出來,清洗時(shí)可以看到量筒壁上和底部有薄的附層,沒有顆粒感,說明添加三乙醇胺的漿料具有較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

(1) 添加三乙醇胺的氧化鋯漿料,黏度值高于未添加分散劑的漿料,漿料黏度值在添加量為2wt%處存在峰值;添加量大于4wt%時(shí)下降到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的低黏度值;固相含量達(dá)到65wt%以上時(shí),漿料中添加三乙醇胺后黏度值急劇增加。因此,三乙醇胺起絮凝作用,不建議三乙醇胺做分散劑使用。

(2) 添加三乙醇胺,漿料的pH值上升,隨著添加量的增加,pH值呈上升趨勢(shì)。為了保護(hù)生產(chǎn)設(shè)備,固相含量為50wt%的漿料建議三乙醇胺的添加量應(yīng)低于8%;55wt%固相含量的漿料其添加量應(yīng)低于6%;60wt%固相含量的漿料其添加量應(yīng)低于4%。

(3) 添加有三乙醇胺的漿料沉降比較緩慢,黏度越大的漿料沉降更快;黏度越小的漿料,沉降越慢,漿料越穩(wěn)定,未觀察到沉降結(jié)底現(xiàn)象。當(dāng)固相含量50wt%的漿料添加三乙醇胺為4wt%~8wt%時(shí),以及固相含量55wt%與60wt%的漿料添加4wt%的三乙醇胺時(shí),可獲得適宜穩(wěn)定性的漿料。

(4) 未添加分散劑的漿料靜置后存在結(jié)底硬塊現(xiàn)象,而添加三乙醇胺制備的漿料,無結(jié)底硬塊現(xiàn)象,漿料較穩(wěn)定。說明三乙醇胺適合做水基漿料的分散劑。

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