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分散條件對氧化鋁粉體粒度分析的影響探析

儒特 2023-07-26 | 閱讀：2649

氧化鋁具有高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特性，使得氧化鋁廣泛應(yīng)用于陶瓷、電子、半導(dǎo)體等工業(yè)領(lǐng)域，成為重要的化工原料。氧化鋁作為重要的化工原料，其粉體性能是影響氧化鋁粉末的一個重要指標，粉體性能由粉體純度、粒度分布、比表面積、形貌等指標決
定，受表面活性劑、吸收率、超聲強度等因素影響。氧化鋁粉末依據(jù)粒徑的不同分為3 種，分別是平均粒徑為0.4μ m 的高純超細氧化鋁粉、平均粒徑為1μm ～ 3μm的氧化鋁細粉以及平均粒徑為4μm ～ 7μm 的粗氧化鋁粉末[1]。
氧化鋁粉末的粒度分布直接影響氧化鋁的穩(wěn)定性，對工業(yè)領(lǐng)域影響較大。氧化鋁粉末的粒度分布受分散條件的影響較大，因此，研究分散條件對氧化鋁粉末粒度的影響具有重要的實際意義。不同粒徑的氧化鋁粉末的分散方法主要包括以下4 種：
***種是利用硝酸調(diào)節(jié)測試氧化鋁粉體水懸浮液的pH 進行分散，其中調(diào)節(jié)后的水懸浮液的pH 約等于2 ；
第二種是先利用硝酸調(diào)節(jié)測試氧化鋁粉體水懸浮液的pH 約為3，后加入少許鋁離子進行分散；
第三種方法是先利用氨水調(diào)節(jié)測試氧化鋁粉體水懸浮液的pH 約為10，后加入少許PMAA-NH4 進行分散；
第四種方法是利用少許焦磷酸鈉進行測試氧化鋁粉體水懸浮液的分散。本文通過對氧化鋁粉末的粉體性能研究現(xiàn)狀和不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機理進行研究，探討不同分散條件的氧化鋁粉末粒度分布。

1 氧化鋁粉末粉體性能研究現(xiàn)狀
氧化鋁粉末的粒度研究對于提高氧化鋁粉末質(zhì)量具有重要意義。張巨先等通過對四種不同分散條件下氧化鋁粒徑分布進行研究，研究結(jié)果表明氧化鋁的粒徑分布受分散方法以及分散方法中所用離子的多少影響較大，客觀的分散方法和合適的離子濃度是保障氧化鋁粉末粒度分布準確性的基礎(chǔ)[1]。張?zhí)烊赖壤肕S2000 型馬爾文激光粒度儀對超細氧化鋁粉末的表面活性劑、吸收率、超聲強度等粉體性能的影響因素進行粒度分布研究，研究確立了超聲強度、吸收率、轉(zhuǎn)速（r/min）、遮光度（%）分別為15，0.1，2 850，10 的粒度實驗基本條件，采用4mL 質(zhì)量分數(shù)為2% 的六偏磷酸鈉和2 滴質(zhì)量分數(shù)為2% 的十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的水溶液進行超細氧化鋁粉末的分散。研究結(jié)果表明這種條件的分散分散方法具有較好的重復(fù)性，能夠提升超細氧化鋁的粉體性能；超聲強度決定樣品分散的質(zhì)量，表面活化劑縮短樣品的分散時間[2]。袁群通過控制SDBS 的濃度、樣品溶液pH、超聲強度分散時間等因素，采用Box-Behnhen 設(shè)計模型對氧化鋁粉末納米顆粒進行分散條件研究，研究表明SDBS 的濃度（質(zhì)量分數(shù)%）、超聲時間（min）、pH 分別為0.339，61，8.05 時分散***[3]。

氫氧化鋁作為氧化鋁粉末制備的原材料，對于其分散條件研究能夠保障氧化鋁粉末的質(zhì)量。杜煜利用Mastersizer 2000 型激光粒度儀對超細氫氧化鋁通過控制超聲強度、樣品加入量、外加分散劑等方式進行粒度研究，研究結(jié)果表明控制400W 的超聲強度保持80s的分散時間、樣品加入量0.04g、6mL 質(zhì)量分數(shù)為2% 的六偏磷酸鈉溶液作為外加分散劑，所得粒度***[4]。許多學者通過控制超聲強度、分散時間、外加分散劑、樣品加入量等方式對氫氧化鋁粉末粒度的分散研究，為提高氧化鋁粉末的粒度分散條件奠定了基礎(chǔ)。

2 不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機理張巨先采用激光粒度儀進行氧化鋁粉末的粒度分析，研究4 種不同分散方法對氧化鋁粉末粒度分布影響，發(fā)現(xiàn)氧化鋁的粒徑分布受分散方法以及分散方法中所用離子的多少影響較大。這主要是由于氧化鋁粉末的表面積較大、表面原子數(shù)較多，使得氧化鋁表面存在大量的不飽和鍵和懸掛鍵，進一步導(dǎo)致氧化鋁粉末的化學性能較活躍，容易導(dǎo)致團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。由此可見，氧化鋁的表面積直接影響其分散分析的結(jié)果。膠體原理表明液體介質(zhì)主要受膠體雙電層排斥力ER 和范式吸引力EA 的作用，通過吸附高聚合物來影響納米流體的穩(wěn)定性。其中吸附高聚合物層通過減少EA、增加ER、以及附加新的斥力位能ERS 來影響樣本膠體體系總的位能，從而提高顆粒穩(wěn)定性，防止聚沉[1]。氧化鋁粉末的膠體特性主要受表面化學性質(zhì)的影響，氧化鋁與水接觸會產(chǎn)生水膜，其中氧化物在水中的表面化學性質(zhì)主要由其吸附的H+ 和OH- 決定。反應(yīng)式如下：氧化鋁粉末在酸性條件下易吸附H+，在堿性條件下易吸附OH-，因此酸性條件下氧化鋁水懸浮液與水反應(yīng)生成氫氧化鋁，生成的氫氧化鋁是有限的，加入少量鹽酸之后，氫氧化鋁與之反應(yīng)生成鋁離子和氯離子，因此氧化鋁水懸浮液主要吸附鋁離子。此外，氧化鋁粉末的粒度分布在不同的反應(yīng)時間和pH 條件下略有不同。利用硝酸進行氧化鋁粉體分散的方法基于鋁離子對氧化鋁粉末的吸附作用明顯優(yōu)于利用硝酸、少許鋁離子進行氧化鋁粉體分散的方法。利用硝酸、少許鋁離子進行氧化鋁粉體分散的方法在高濃度H+ 反應(yīng)時比較適用。利用PMAA-NH4 進行氧化鋁分散的方法基于PMAANH

4 對氧化鋁顆粒的表面吸附作用以及自身分子鏈的穩(wěn)定性，使得氧化鋁顆粒的表面帶電性質(zhì)得到改變，可以通過增加ER、減少EA 進行靜電阻穩(wěn)。但PMAA-NH4 加入過多或過少都容易通過表面空位層或僑聯(lián)作用而產(chǎn)生絮凝。由此可知，利用PMAA-NH4 進行分散作用適用于氧化鋁粗粉或細粉，但也要對其加入量有個適當?shù)目刂啤＠媒沽姿徕c對氧化鋁粉末的分散分析，主要是氧化鋁粉末表面吸附的鋁離子與焦磷酸鈉中的[P2O7]4- 產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，使得粉體表面存在大量的負電荷，有利于粉體的分散。此外，焦磷酸鈉的分散作用依賴于氧化鋁粉末的表面化學性質(zhì)，對不同粒徑分布的氧化鋁粉末差別較大。

3 結(jié)論
本文通過對氧化鋁粉末的粉體性能研究現(xiàn)狀和不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機理進行研究，探討不同分散條件的氧化鋁粉末粒度分布。研究結(jié)果表明：
1）氧化鋁粉末粒度實驗受氧化鋁表面活性劑、吸收率、超聲強度、樣品加入量、樣品濃度、超聲時間、pH 等因素的影響，只有確定合理的氧化鋁粉末粒度實驗基本條件才能保障實驗方法的準確性和可操作性；
2）不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機理不同，利用硝酸進行氧化鋁粉體分散的方法適用于pH 較高的條件下；利用硝酸、少許鋁離子進行氧化鋁粉體分散的方法在高濃度H+ 反應(yīng)時比較適用；利用PMAA-NH4 進行分散作用適用于氧化鋁粗粉或細粉；利用焦磷酸鈉進行分散主要依賴于氧化鋁粉末的表面化學性質(zhì)。