论文部分内容阅读
本文以液相共沉淀法合成高性能微纳材料为研究对象,具体来说,以具有广泛应用的吡啶硫酮铜(CPT)的制备过程为例,在分析了国内外CPT制备技术的基础上,提出一种新型的制备吡啶硫酮铜的方法——喷射共沉淀法,并与传统的釜式制各工艺进行了比较。
采用SEM、TEM等电镜技术和小角度光散射实验手段,研究了合成过程的工艺条件对吡啶硫酮盐颗粒大小和形貌的影响。同时,本文建立了小角度光散射方法研究不规则棒状材料的形貌及其团聚体的分形结构特征的数学模型,并用相应的数学模型对光散射实验数据进行处理,在此基础上研究了吡啶硫酮盐分散液的颗粒团聚情况、团聚体的分形结构特征、团聚机理等。
本文主要考察了无机盐种类、反应物的浓度、两股反应物的摩尔比、反应温度、进一步反应的时间(主要在搅拌釜中进行)等工艺条件的影响,在此基础上,研究科学的后处理方法,包括加入表面活性剂、有机溶剂处理、特殊干燥等,制备出高性能无团聚、二次分散性能好的吡啶硫酮盐粉体材料。本文得到的主要结论如下:
1.采用喷射共沉淀法,与搅拌釜式工艺相比,能够一步合成规定粒径大小、粒径分布较窄的吡啶硫酮铜颗粒,实现了微纳尺度粉体材料或者其分散液的可控制备,在优化的工艺条件下制得的CPT颗粒的平均粒径小于国外高性能的CPT产品;
2.建立了小角度光散射实验研究不规则棒状颗粒形貌和团聚情况的数学模型,并用该模型对不同工艺条件下的光散射数据进行处理,考察了反应温度和两种反应物料摩尔比对颗粒分散体系的平均旋转半径、分形结构特征的影响,随着温度的升高,颗粒的旋转半径逐渐变大;当铜的无机盐与吡啶硫酮钠(SPT)的摩尔比增大时,旋转半径也随之变大。得到的分形维数Df在2左右,说明体系中还存在团聚现象;
3.采用添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS),并结合有机溶剂处理和冷冻干燥后处理方法,有效地抑制了吡啶硫酮盐颗粒之间的团聚,制备出了基本无团聚、二次分散性能好的吡啶硫酮盐粉体材料;
4.在喷射工艺下,优化的工艺条件为:吡啶硫酮钠溶液的浓度为0.1mol/L,硫酸铜溶液的浓度为0.05mol/L,反应温度为5~20℃,添加总浓度为60mg/L的十二烷基苯磺酸钠,产物滤饼使用正丁醇洗涤置换后,采用冷冻干燥后处理,得到了高性能的CPT颗粒,其形貌为粗短的棒状颗粒,大部分颗粒长度在1微米以下,均匀分散且颗粒表面光滑。不仅产品性能比国外同类产品有所提高,同时简化了工艺流程。
本论文的研究成果对喷射共沉淀法制备微纳材料的过程研究建立了系统的方法,同时为喷射共沉淀技术的工业应用提供了科学的指导依据。