纳米二氧化钛的水分散性研究
  张建平   张川   张千
（河北麦森钛白粉有限公司  石家庄市纳米氧化物工程技术研究中心）
（ 河北 石家庄 050000）

摘要:为提高纳米二氧化钛在水性体系中的分散性，我们依据钛白粉的应用经验，对纳米二氧化钛在水性中的发散性进行了研究，发现纳米钛白粉在溶液的p H=6.8，六偏磷酸钠加入量为0.1 %，超声分散时间为10 分钟时的分散性最好
关键词:纳米二氧化钛；六偏磷酸钠；分散
0 前言
   在含有纳米Ti O2的高档油墨、涂料制备中。产品性能在很大程度上取决于纳米TiO2的分散程度。纳米Ti O2粒径很小，有很高的比表面能，因而在单一的同相中呈现极强的凝聚特性，以降低表面能，形成比较稳定的亚态聚集粒子，如何克服表面能降低导致的颗粒团聚现象，无疑是持续稳定发挥纳米TiO2性能的关键所在，也是纳米Ti O2产业化的成功关键所在。日、美、英等国的科学家通过添加少量的有机、无机、高分子分散剂的方法在水相中分散纳米Ti O2以减少团聚。本实验也研究了有机、无机、高分子等分散剂在水相体系中对纳米二氧化钛的分散效果。发现几种不同的盐对纳米二氧化钛Zeta电位及粒径分散效果不同。从而找到了一种简单分散纳米Ti O2的方法。
1  实验
1.1 实验原料及仪器
  金红石型纳米Ti O2(河北麦森钛白粉有限公司)，氯化铵（分析纯，天津永大化学试剂厂），柠檬酸三钠（分析纯，天津百世化工厂），六偏磷酸钠（分析纯，天津化学试剂厂），马尔文激光散射仪（英国马尔文公司）。
1．2实验方法
  称取制备好的金红石型纳米Ti O2膏体2.0 g，向纳米Ti O2中加入蒸馏水100 ml，然后分别加入0.1 %  的氯化铵、柠檬酸三钠和六偏磷酸钠作为纳米Ti O2的分散剂，测量在相同p H值和加入量的情况下的Zeta电位及粒径分布，然后在p H=6.8下，分别加入0.05 %，0.1 %，0.2 %，0.3 %，0.4 %  分散剂后测量Zeta电位及粒径分布、在p H=6.8加入0.1 %的分散剂条件下，分别超声不同时间后测量纳米二氧化钛Zeta电位及粒径分布。
2结果与讨论
2.1 不同分散剂对纳米二氧化钛分散性的影响
图1 分别是氯化铵、柠檬酸三钠和六偏磷酸钠的Zeta 电位分布图，从图中可以看出它们的Zeta 电位平均值为-11 mv，-31 mv 和-38 mv，从Zeta 电位可以看出添加六偏磷酸钠的样品的平均Zeta 电位最大，纳米Ti O2最稳定。图2 是不同分散剂的条件下纳米Ti O2的粒径分布图，从图2 可以看出，添加六偏磷酸钠的纳米Ti O2样品平均粒径小，所以六偏磷酸钠是所选的各分散剂中对纳米Ti O2的分散性是最好的。



图1 添加不同分散剂的条件下纳米二氧化钛的Zeta 电位图（a）氯化铵（b）柠檬酸三钠（c）六偏磷酸钠



图2 添加不同分散剂的条件下纳米二氧化钛的粒径分布图
（a）氯化铵（b）柠檬酸三钠（c）六偏磷酸钠
2.2 六偏磷酸钠对纳米二氧化钛Zeta 电位及粒径的影响
图3是六偏磷酸钠的加入量对纳米二氧化钛Zeta 电位的影响，图4是六偏磷酸钠量对纳米Ti O2粒径分布的影响图，从图中可以看出当六偏磷酸钠的加入量0.1 %时，纳米Ti O2的Zeta 电位的绝对值最大，粒径最小，分布范围也广，所以当六偏磷酸钠的加入量0.1 %时对纳米Ti O2的分散效果最好。

图3 六偏磷酸钠量对纳米二氧化钛Zeta 电位的影响







图4 六偏磷酸钠量对纳米二氧化钛粒径分布的影响
（a）0.5%（b）1%（c）2%（d）3%（e）4%
2.3 溶液的 p H 值对纳米二氧化钛的分散性影响
图5 是不同p H 值对纳米二氧化钛Zeta 电位的影响，图6 是不同p H 值对纳米Ti O2粒径分布电位的影响。从图5 中可以看出当p H=6.8 时Zeta 电位的绝对值最大，从图6 可以看出纳米Ti O2的粒径分布均匀，所以当p H 为6.8 时纳米Ti O2的分散体系最稳定性、分散性最好。

图5不同p H 值对纳米二氧化钛Zeta 电位的影响





图6不同p H 值对纳米二氧化钛粒径分布电位的影响
（a）p H=6.2 (b) p H=6.8(c) p H=8.2(d) p H=9.4(e) p H=10
2.4 超声分散时间对纳米二氧化钛分散性的影响
图7 是超声分散时间对纳米二氧化钛Zeta 电位的影响，图8 是超声分散时间对纳米Ti O2粒径分布的影响。从图7 可以看出当超声分散时间为10 分钟时纳米二氧化钛Zeta 电位的绝对值最大，还可以看出当超声分散时间为10 分钟时纳米Ti O2粒径分布均匀，所以当超声分散10 分钟时纳米Ti O2的分散性是最好的，原因是超声低于10 分钟以前纳米二氧化钛逐渐被超声波打散，而超声时间超过10 分钟后由于超声器内的温度升高，被打散的纳米粒子又重新团聚起来。

图7 超声分散时间对纳米二氧化钛Zeta 电位的影响




图8 超声分散时间对纳米二氧化钛粒径分布的影响
（a）2min(b)5min (c)10min(d)15min
3  结论
六偏磷酸钠对纳米TiO2的分散性好的提高作用，是目前钛白行业所选用的分散剂中最好的；在溶液的p H=6.8,六偏磷酸钠加入量为0.1 %，超声分散时间为10 分钟时纳米Ti O2的分散性最好。

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