钛酸酯对电气石粉体的表面改性及表征.pdf

第1期
矿产综合利用
2013年2月
Multipurpose Utilization of Mineral Resources
Feb.2013
问题讨论
钛酸酯对电气石粉体的表面改性及表征
胡应模,杨雪,王清岭,边静
(中国地质大学材料科学与工程学院北京100083)
摘要:以沉降时间、吸油值、吸光度等为评价参数,优化了钛酸酯偶联剂对电气石粉体表面有机化改性的
工艺条件。确定以蒸馏水作溶剂,钛酸酯的用量为电气石质量的4%,反应体系pH值为9,矿浆固液比为10
:50,60℃下反应1.0h,所得政性电气石在液体石蜡中的沉降时间由原电气石的14min延长到467min;电气
石表面的有机改性只降低了电气石表面的极性,而不改变电气石的晶体结构,且改性电气石的负离子释放量
增加为未改性电气石的1.75倍。
关键词:电气石;钛酸酯偶联剂;表面改性;负离子
doi:10.3969/,issn.1000-6532.2013.01.019
中图分类号;T985文献标识码:A文章编号:1000-6532(2013)01-0069-05
电气石( Tourmaline)是一种含硼、铝、钠、铁、锂应用领域具有重要意义[2。
环状结构的硅酸盐矿物!-1],化学式可简写为NaR
本文用钛酸酯偶联剂作改性剂对电气石粉体进
Al6[Sis018](BO3)3(OH)4。因其具有压电性和热行了表面有机化改性,以沉降时间、吸油值、吸光度
电性的特点而受到广泛的关注,在温度或压力发生作为评价参数,优化改性工艺条件,测定改性电气石
变化的条件下,电气石晶体能产生电势差,使周围的的结构,考察了改性前后电气石的负离子释放性能。
空气发生电离,使附着于邻近的水和氧分子转化为
负氧离子1,产生的负氧离子在空气中移动,使众1试验部分
电荷向灰尘、烟雾微粒以及水滴转移,使空气得以浄1.1材料试剂和仪器
化,所以,电气石是一种优良的功能环境材料,用于
电气石粉由河北灵寿县燕新矿产加工厂提供
室内涂料和家具、电器等的涂层材料等,产生的负离粒径d=1.75um,dy=5.23um,纯度为98%;钛酸
子能净化室内空气;此外,随着温度的变化,矿物结酯偶联剂JN-646(常州市青耐助剂有限公司),化
晶体两端产生电压,其极性离子在平衡位置振动引学纯;液体石蜡(北京化工厂),化学纯;乙醇、丙酮、
起偶极距变化而产生远红外电磁辐射?,可使人二甲苯和磷酸三丁酯(北京化工厂)均为分析纯。
体产生热效应和共振吸收效应,对人体具有保健作
Spectrum100傅立叶变换红外光谱仪(上海玻
用,所以电气石被誉为21世纪改善环境、促进人体金埃尔默仪器)有限公司生产);D/max-TA12kwX
健康的全新材料7-1
射线術射仪(日本 Rigaku分公司);S-450型扫描电
在复合材料领域,电气石多以粉体形态使子显微镜(日本日立公司);SCZ-2型浊度测试仪
用?,由于电气石粉体与高分子聚合物表面性能差(上海悦丰仪器有限公司);AIC1000空气负离子浓
异较大,使其在非极性的聚合物树脂中分散稳定性度仪(美国 Alphalab公司);88-149型分光光度计
差?,而影响材料的综合性能。对电气石粉体进(上海第三分析仪器厂)。
行表面有机化改性,可改进其在有机基体树脂中的1.2电气石粉的钛酸酯改性处理
分散稳定性,对开发功能复合材料和拓展电气石的
向电气石粉中加人溶剂,超声波处理一段时间
收稿目期:2011-11-29
基金项目:国家自然科学基金项目资助(51072187)
作者简介:胡应模(1964-),男,教授,博士,研究方向为矿物材料的改性及其复合材。
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矿产综合利用
2013年
后倒入装有搅拌棒、回流冷凝管和温度计的三口烧
从表1可以看出,以蒸馏水作溶剂时所得改性
瓶中,搅拌并加热至一定温度,加入溶于溶剂的钛酸电气石的沉降时间是以甲苯作溶剂所得产物沉降时
酯偶联剂,恒温搅拌一定时间后抽滤,依次用乙醇和间的2.8倍,主要原因是钛酸酯偶联剂对电气石的
丙硐洗涤三次,烘干,研碎,即得改性电气石产品。改性反应是通过部分T0-R键水解后形成T0-电气
1.3改性电气石粉的性能测试
石键引入有机链,而在甲苯中不发生水解无法形成
分别用沉降时间、吸油值和电气石与液体石蜡T0-电气石键,因此,蒸馏水作溶剂的改性效果优于
混合液的吸光度表征改性效果。三者相对未处理电甲苯
气石的值越大,表明改性效果越好。
2.1.2改性剂用量的确定
沉降时间:准确称取2.0g改性电气石粉置于
为了确定适宜的改性剂用量,以蒸馏水作溶剂
50mL烧杯中,加入30mL液体石蜡,搅拌15min均在40℃下搅拌反应1h后,按1.2节方法处理,制得
匀混合,取10mL混合液置于量筒内,静置计时,记改性电气石粉。分别加入钛酸酯偶联剂用量为电气
录上层清液体积为5mL时的时间为沉降时间,沉降石质量的0%、1%、2%、3%、4%、5%,测得其对吸
时间越长表明分散稳定性及表面改性效果越好。
油值、吸光度、沉降时间的影啊结果见表2。
吸油值?:称取1.0g样品置于清洁的玻璃板
表2钛酸酯偶联剂用量对改性效果的影响
上,用微量滴定管滴加磷酸三丁酯,同时用玻璃棒不
Table 2 The influence of the dosage of titanate
断搅拌,至成团并全部粘在玻璃棒上为终点,按磷酸
coupling agent on the modified effect
三丁的耗量,由X=[(pxの/C]x100%计算吸油一钛酸革偶联剂用量%吸油值/%吸光度沉降时间/min
率(值)。式中V为礫酸三丁酯用量(mL);G是样
品质量(g);p是磷酸三丁酯密度(g/mL)。吸油值
35.240.33
越小,表明粉体表面有机改性效果越好。
吸光度!:将0.002g改性电气石粉加入25mL
37.200.39
216
液体石蜡中,用超声分散20min,取其上层清液,采
用电气石粉体的最大吸收波长(520um)作为入射
由表2可知,未改性电气石的沉降时间仅
光源,用88-149型分光光度计测定吸光度值。重14min,随着改性剂用量的增加,沉降时间延长,当改
复3次,取平均值。吸光度越大,表明粉体在石蜡中性剂为4%时,沉降时间达287min,为未改性电气石
分散稳定性越好。即表面有机改性效果好。
的20.5倍,改性剂用量继续增加,沉降时间又降低。
2结果与讨论
表明钛酸酯耦联剂对电气石粉的较佳用量为4%。
2.1.3改性反应处理时间的确定
2.1钛酸酯改性电气石的工艺条件优化
以蒸馏水为溶剂,钛酸酯偶联剂用量为电气石
2.1.1表面改性溶剂的选择
粉质量的4%,在40℃下搅拌反应,不同时间对改性
用占电气石粉质量3%的钛酸酯偶联剂,40℃效果的影响结果见表3。
下搅拌反应1h后按制备方法处理,分别以蒸馏水和
表3不同反应时间对改性效果的影珦
甲苯为代表,考察极性和非极性溶剂对表面改性电
tble 3 The influence of different reaction time
气石粉的的吸油值、吸光度、沉降时间的影响,结果
on the modified effec
见表<