SiO2无机纳米微球在非极性溶剂体系中的带电行为研究

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本文较为系统地研究了SiO2无机微米/纳米微球在含有多种表面活性剂的十二烷溶液中的带电行为。  SiO2广泛存在于自然界中,它与其它矿物共同构成了岩石,天然存在形式有结晶态和无定形态两种。二氧化硅广泛应用于我们的生活与生产,如冶金、建筑、化工、机械、电子行业,它是制造普通玻璃、石英玻璃、光导纤维、电子工业中重要部件、光学仪器、工艺品和一些耐火材料的基本原料,也是科学研究的重要对象与材料。而微纳米尺度的SiO2由于其比表面积大、吸附力强、表面活性高;化学性质稳定,具有耐酸碱、耐高温、电绝缘性好等特点,作为添加剂、催化剂载体、脱色剂、消光剂等大量应用于多种行业,如,橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、金属软性磨光剂、绝缘绝热填充剂、高级日用化妆品填料,以及喷涂材料、医药、环保领域等。  本文主要致力于研究微纳米尺度的SiO2微球在非极性溶液中的带电行为。通过将不同粒径的SiO2微球均匀分散在含有多种不同浓度表面活性剂的十二烷溶液中,然后使用PALS(相位分析光散射仪)测量SiO2微球的ZETA电位,获得了大量可供深入分析研究的实验数据。  本论文的主要实验结果有:  1)分别采用乳化聚合法和St(o)ber法成功地制备了粒径在100-300nm的PS和SiO2微球,并使用电子显微镜进行表征;微球形态良好,为较规则的球形;经粒度分析仪测定,其单分散性良好。  2)使用PALS分别测定了SiO2微球在不同浓度的AOT(琥珀酸二异辛酯磺酸钠)-十二烷、Span80(山梨糖醇酐单油酸酯)-十二烷、Span85(三油酸山梨酯)-十二烷等多种非极性溶液中所产生的ZETA电位;并通过改变微球粒径、微球浓度等参数,分别测量了相应条件下SiO2微球表面的Zeta电位。我们发现,SiO2微球在含有上述三种表面活性剂的十二烷溶液中均能带上可观的电荷,其ZETA电位的绝对值比较高,大部分在30-50mV之间;从测量数据上看来,SiO2微球在上述三种体系中,几乎与我们前期研究工作相似,大多都带上了正电;但是,粒径为110 nm的SiO2微球在AOT-十二烷溶液体系中却带上了负电,这一实验结果与我们的设想迥然相反。为此,我们深入探讨了出现这一反常现象的内在原因。  3)根据微球表面带电的优先吸附机制和酸碱作用机制,对SiO2微球表面携带不同电荷的原因进行了初步的探索,并尝试给出了较为合理的解释。如在解释当表面活性剂浓度达到CMC(临界胶束浓度)的前后、SiO2微球表面都可以带上正电荷或负电荷,且ZETA电位呈现一定升降规律的原因时,我们结合SiO2微球表面的具体情况,合理地利用了优先吸附机制对其带电行为进行了分析。  4)通过比较变化各种相关实验条件下而测得的SiO2微球表面ZETA电位的实验数据,初步总结出这些实验条件的变化对于SiO2微球表面电位的影响规律。目前我们认为,SiO2微球表面带电的多少、极性的正负不但与其所在的环境相体系有关,还与其自身的表面性质有着十分密切的关系。我们的研究结果表明, SiO2微球的粒径、浓度,特别是与我们在研究中所提出的微球表面性质等这几个因素,对于处于非极性环境相中的SiO2微球带电行为及其ZETA电位都会起到一定程度的影响。当然,还有待于更加深入的研究来进一步搞清楚SiO2微球表面性质对于其带电行为的重要作用。
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