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０ 引 言
０ 引 言
鈦白粉以其獨特的物理、化學性能廣泛應用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖和橡膠等工業(yè)，而超細二氧化鈦具有優(yōu)良的光學、力學和電學特性，在高級涂料、塑料、造紙以及某些電子材料領域中具有很高的應用價值．對鈦白粉的進一步改性使其成為導電性功能填料，應用于高分子材料（包括導電涂料）上，使高分子材料具有導電性、抗靜電、屏蔽電磁波等功能的抗靜電劑、電磁屏蔽涂層或表面發(fā)熱體．對于它的制備與應用，國內剛剛處于起步階段，但國外卻很重視，特別是在日本已經實現了產業(yè)化．這主要是因為與傳統(tǒng)的導電和抗靜電材料相比，導電鈦白粉具有明顯的優(yōu)勢，特別是隨著信息業(yè)的飛速發(fā)展，對抗靜電和電磁屏蔽涂層的需求劇增，從而使導電鈦白粉具有廣闊的市場前景．
但由于ＴｉＯ２顆粒比表面積大、表面能較高，致使粒子處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，在制備和后期處理過程中極易團聚在一起而形成較大的顆粒，從而直接影響產品的質量和性能．因此從某種意義上講，ＴｉＯ２的分散穩(wěn)定性成為其應用過程中的關鍵因素．由于ＴｉＯ２顆粒在液相中的分散性受諸多因素影響，如：分散介質的種類、機械攪拌時間、溶液的ｐＨ 值、分散劑的選擇、分散溫度以及分散時間等．因此，研究這些影響因素對ＴｉＯ２的應用具有重要的意義．
目前，對分散性的定性表征方法有相差顯微鏡或電子顯微鏡觀察、拍照，ｚｅｔａ電位測試法，上述兩種方法均在實驗條件下進行，對測試儀器和環(huán)境都有較高的要求，并且操作也較復雜．另外更多地采用重力沉降烘干的方法，這種方法耗時長、人為誤差較大、結果重現性差．因此，在一般條件下，對鈦白粉濁液進行快速、準確的測試也是本文主要討論的問題．
１ 實 驗
實驗方案是通過制備活性硅酸溶膠，作為一種分散劑，同時通過調整該分散劑的酸堿度，以實現在不同的酸堿度環(huán)境下鈦白粉在其中的分散效果．
１．１ 實驗原理
通過控制硅酸鈉和酸的量，使生成的活性硅酸溶膠被ＴｉＯ２的羥基吸附，形成Ｔｉ—Ｏ—Ｓｉ鍵；而后形成的硅酸分子與鍵合在表面的硅酸發(fā)生縮合反應，形成致密膜，隨時間延長，最終形成包覆膜．ＳｉＯ２包覆ＴｉＯ２顆粒機理：溶膠→吸附→凝膠→成膜．其過程先是一個快速的溶膠物理吸附，然后是一個緩慢的成膜階段，最后硅凝膠依靠庫侖力和異相成核優(yōu)先于均相成核．ＳｉＯ２以羥基形式牢固地鍵合在ＴｉＯ２表面，它不是一種單純的物理包覆，而是一種化學鍵合．這種包覆顯著地降低其界面張力，增加了槳液的穩(wěn)定性和耐久性，改變粉體的潤濕和附著特性，提高鈦白粉在基體中的分散行為，從而改善粉體與基體的界面結合能力．由于液體中懸浮微粒引起光的散射，散射光的強度與濁度有關，因此測量散射光強可得到濁度信息．散射光越強，代表懸浮微粒越多，因此濁度值也越大．對同一樣品，體積、濃度、分散介質、不同分散劑的分散體系，如果濁度值越大，則分散體系越穩(wěn)定，分散效果就越好．
１．２ 試劑與儀器設備
１．２．１ 試劑 零濁度水（自制）、４００濁度水、去離子水、廣泛ｐＨ 試紙、超細鈦白粉、二氧化硅粉末、氫氧化鈉（分析純，質量分數不小于９９．５％）、鹽酸（含量３６％～３８％）．
１．２．２ 儀器�。樱牵冢玻行蛿碉@濁度儀、樣品試樣瓶、電子天平、藥匙、烘箱、表面皿、燒杯、玻璃棒、試管、試管刷、滴管、過濾器、放水瓶、大口瓶、移液管、濾紙．
１．３ 實驗步驟
１．３．１ 實驗前準備�。ǎ保┲苽湫Ｕ昧銤岫人畢⒄諊H標準ＩＳＯ７０２７中規(guī)定的方法，選擇孔徑為０．１μｍ（或０．２μｍ）的微孔濾膜過濾蒸餾水，反復過濾２次以上，本實驗過濾５次，所獲得的濾液即為檢定用的零濁度水．該水貯存于清潔的，并用該水沖洗后的玻璃瓶中．（２）打開ＳＧＺ－２Ｐ濁度儀背后的電源開關，預熱３０ｍｉｎ．（３）分別用上述制得的校正用零濁度水和４００濁度水校正濁度儀．（４）稱�。埃保埃玮伆追�，放于烘箱進行烘干，１５ｍｉｎ后取出．待冷卻片刻后，倒進燒杯中，向其中加蒸餾水至４０ｍＬ，用玻璃棒攪拌均勻，靜置２０ｍｉｎ，然后采取上清液，放于濁度儀中，待讀數穩(wěn)定后，記錄濁度值．
１．３．２ 制備硅酸鈉溶液
（１）稱�。埃保担缍趸璺勰┖停埃玻埃鐨溲趸c，在燒杯中溶解，稀釋并充分反應，靜置，澄清，用移液管將所得上清液（硅酸鈉溶液）轉移至試管中．反應式如式（１）所示．
（１）稱�。埃保担缍趸璺勰┖停埃玻埃鐨溲趸c，在燒杯中溶解，稀釋并充分反應，靜置，澄清，用移液管將所得上清液（硅酸鈉溶液）轉移至試管中．反應式如式（１）所示．
ＳｉＯ２＋２ＮａＯＨ→Ｎａ２ＳｉＯ３＋Ｈ２Ｏ （１）
（２）制備活性硅酸溶膠．用另一試管取適量鹽酸，使用滴管將上述硅酸鈉溶液逐滴加入鹽酸中，邊加邊振蕩試管，并使用廣泛ｐＨ 試紙測定生成物的ｐＨ 值，ｐＨ 值大于９．０（這里定為１０．０）時停止滴入硅酸鈉溶液．反應式如式（２），（３）所示．
Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ→Ｈ２ＳｉＯ３＋２ＮａＣｌ （２）
或Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＨＣｌ＋（ｎ－１）Ｈ２Ｏ→ＳｉＯ２·ｎＨ２Ｏ↓＋２ＮａＣｌ （３）
（３）同樣稱�。埃保埃鐚щ娾伆追�，放于烘箱烘１５ｍｉｎ，冷卻片刻后倒入燒杯中，將上述所得的硅溶膠轉移進來，加蒸餾水稀釋至４０ｍＬ，用玻璃棒攪拌均勻待測．
１．３．３ 測量數據 首先重復步驟（２），分別在ｐＨ值為１１．０，１２．０，１３．０，１４．０時停止滴入硅酸鈉溶液．然后再重復步驟（３），用樣品試樣瓶取樣，放于濁度儀中測定其濁度值，待讀數穩(wěn)定后記錄此時懸濁液的濁度值．
２ 結果與討論
２．１ 實驗數據
在溫度為２０℃，相對濕度為５３％的實驗條件下，測試不同ｐＨ 值的活性硅酸溶膠作為分散劑的鈦白粉懸濁液的濁度值，其實驗結果見表１．
２．２ 分析與討論
２．２．１ 無機表面改性 根據濁度值與分散性的關系可知，經過處理（進行無機表面改性）后的導電鈦白粉的分散性比未經處理導電鈦白粉的分散穩(wěn)定性有顯著的改善．當ｐＨ 值在１１左右時，濁度值最大，此時分散系的分散穩(wěn)定性最好．這是因為硅包膜通過生成“活性硅”形成一層均勻致密的無定形水合氧化硅膜．當Ｎａ２ＳｉＯ３酸化時，最初析出的是Ｓｉ（ＯＨ）４．單體形式的Ｓｉ（ＯＨ）４活性很大，很快生成硅氧烷鏈的聚合硅膠．活性硅就是指單體的和低聚合度的水合氧化硅，而具有高分子量的聚合物不活潑．這種膜的特征是：首先膜厚基本均勻，結構致密，是連續(xù)的，不是多孔的海綿狀；其次氧化硅以羥基形式牢固地結合到鈦白粉表面．二氧化硅與鈦白粉之間是通過Ｓｉ—Ｏ—Ｔｉ結合在一起的顆粒．無機表面改性就是將無機化合物或金屬通過一定的手段在其表面沉積，形成包覆膜，或者形成核－殼復合顆粒，改善表面性能．
２．２．２ 酸堿度的影響 由表１看出濁度值隨著ｐＨ 值增大而不斷增大，到達１１時達到最大值，再繼續(xù)增大ｐＨ 值，濁度值會逐漸減小，當接近１４時濁度值達到最�。冢穑龋剑保保皶r濁度值達到了一個峰值，表明此時導電鈦白粉在ｐＨ＝１１．０的活性硅酸溶膠中分散穩(wěn)定性達到了最佳的效果；而在ｐＨ＝１２．０，ｐＨ＝１３．０和ｐＨ＝１４．０時，濁度值急劇下降，說明分散效果變差了，而且ｐＨ 越大（堿性越強），濁度值越小．這是因為粉體表面主要受相互排斥的靜電斥力和相互吸引的范德華力的作用，當靜電斥力遠遠大于范德華力時，分散性就好，否則分散性很差．ｐＨ 值是通過改變鈦白粉顆粒表面的正負電荷量從而形成雙電層，而這種雙電層可以看作是四周被同一電荷所包圍的粒子，當ｐＨ 值改變時，電荷濃度發(fā)生變化，電荷產生斥力，當這種斥力大于范德華引力時，粒子就會分開，體系處于分散穩(wěn)定狀態(tài)．
２．２．３ 防靜電性能的鈦白粉 用ＡＴＯ包覆ＴｉＯ２獲得的ＡＴＯ／ＴｉＯ２導電粉體，能同時具備ＡＴＯ與ＴｉＯ２的優(yōu)點：既有一定的導電性，顏色較淺，能吸收紫外光，又具有很好的耐候性及高溫使用性能．ＡＴＯ、ＡＴＯ／ＴｉＯ２粉作為一種新型的功能導電材料，主要是以添加劑的形式應用于各種材料中，用于制備各種顏色的永久性導電、電磁屏蔽及防靜電材料，如導電涂料、導電膠（粘合劑）、導電塑料、導電橡膠、導電陶瓷、導電水泥、導電油墨、導電纖維等導電制品．
以上采用的溶劑是蒸餾水，實驗結果表明，采用無水乙醇作溶劑時，重復實驗步驟（４），導電鈦白粉懸濁液的濁度值也要遠遠大于５．６０，說明采取無水乙醇作為溶劑時，導電鈦白粉懸濁液的分散體系比在蒸餾水中要穩(wěn)定得多，分散性更好．Ｔｉ—Ｏ的不平衡使ＴｉＯ２極性很強，表面吸附的水因極化而發(fā)生解離，易形成羥基．ＴｉＯ２顆粒的比表面積越大，表面羥基數量越多．羥基的存在可提高ＴｉＯ２作為吸附劑及各種載體的極性，為表面改性提供方便．盡管ＴｉＯ２本性是親水憎油的，改性就是利用一定的化學物質通過一定的工藝方法使其與ＴｉＯ２表面上的羥基發(fā)生反應，消除或減少表面醇羥基的量，接枝或包覆其他化學物質，使產品由親水變?yōu)槭杷�，以達到改變表面性質的目的．另外經改性后的鈦白粉具有親油性，這對各種高分子材料的多功能改性提供了重要的方法，由此對可以研制防靜電多功能高分子材料提供了理論依據．
３ 結束語
濁度法操作簡單、易掌握、測試范圍寬、精度高，濁度值可表征鈦白粉在介質中的分散性．通過對表面改性后鈦白粉在介質中的濁度進行測量發(fā)現，鈦白粉在介質中的分散性得到大幅度的改善．另外，進一步改性后的鈦白粉可作為高分子基質中的多功能性添加劑，從而實現可調控顏色、防電磁輻射、抗靜電等多功能復合材料．
