分散稳定性（精选6篇）
分散稳定性 篇1
引言
蒙脱土作为粘土矿物的一种,以其较大的比表面积、较强的吸附能力以及阳离子交换能力,而广泛的运用在废水处理、空气净化、新型材料的制备等领域[1,2]。尤其是蒙脱土经过有机插层改性后,在制备高聚物/蒙脱土纳米复合材料、水溶液中有机物的吸附方面等领域都得到了更为广泛的研究和运用[3,4,5]。另外,蒙脱土经过具有杀菌作用的阳离子有机改性后还具吸附、抑菌以及杀菌的双重功能[6,7]。然而,蒙脱土经过改性后,其表面的亲水性以及带电性都发生显著的变化,使其在水溶液中的分散稳定性显著下降,因此严重限制了其在使用水溶液环境下制备纳米复合材料以及纳米抗菌材料的运用。目前对蒙脱土分散稳定性的研究中,主要针对蒙脱土原土在水相中的分散稳定性[8,9],以及对有机蒙脱土在有机非极性溶剂中的分散行为的研究[10,11],对关于有机蒙脱土在水相中稳定性的研究鲜见报道。
主要采用重力沉降法、Zeta电位法研究了DDAC阳离子表面活性剂对有机蒙脱土悬浮液分散稳定性的影响。同时鉴于目前的实际运用以及研究中表明,单一的表面活性剂的分散效果较差,而通过不同分散剂的复配则可以有效提高分散效率[12]。因此本文还研究了DDAC与高分子分散剂复配后,对提高有机蒙脱土(OMMT)悬浮液稳定性的作用。
1 实验
1.1 实验材料及仪器
试验材料:有机蒙脱土(OMMT),自制。采用改性剂为二甲基双癸基氯化铵(DDAC),粒度为200目,层间距d001为35.61;DDAC,浓度70%,市售;高分子分散剂:聚乙二烯基吡咯烷酮(K-30)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙二醇2000(PEG)、聚乙烯醇(PVA):聚合度1750。分子量如表1所示。
实验仪器:HJ-4四联磁力加热搅拌器、PHB-5型数显pH计、NDJ-4旋转粘度计、英国Malvern公司生产的Zetasizer 2000。
1.2 悬浮液的制备
(1)DDAC分散剂:将一定质量的有机蒙脱土(OMMT)分散到浓度分别为0.35%、0.7%、1.4%、2.1%、3.5%的DDAC水溶液中(去离子水),制备蒙脱土浓度为2%的悬浮液,调节悬浮液的pH值后置于磁力搅拌器搅拌分散1h。
(2)复合分散剂:将有机蒙脱土分散到2.1%的DDAC水溶液中,配制成2%的有机蒙脱土悬浮液,随后加入不同的高分子分散剂,高分子分散浓度为1%。调节p H值后置于磁力搅拌器中搅拌1h。
1.3 悬浮液Zeta电位的测定
选取浓度为2.1%的DDAC和PEG复合分散剂下的悬浮液,以浓度为10%的NaOH和HCl溶液调节pH值,取上层清液测量OMMT表面的Zeta电位值。
1.4 悬浮液性能的表征
使用NDJ-4旋转粘度计测量悬浮液的粘度值。将不同悬浮液转移到10mL的量筒中静置沉降,读取不同悬浮液在一定时间间隔下的上层清液值以及在一定时间下的沉降高度值,上层清液以及沉降高度值越大,则表明体系分散稳定性越差。
2 结果与讨论
2.1 DDAC对有机蒙脱土(OMMT)悬浮液稳定性的影响
图1是不同浓度的DDAC对OMMT悬浮液沉降行为的影响。由图1可以看出添加DDAC的OMMT水悬浮液的分散效果明显优于未添加DDAC的水悬浮液,OMMT在水溶液中的沉降速度最大,表明OMMT在水介质中分散稳定性较差,而DDAC在水溶液中对OMMT则具有较好的分散性。MMT是一种层状的硅酸盐,具有良好的吸湿亲水性,可以以胶体分散状态存在于溶液中。同时由于蒙脱土颗粒表面带有相同的负电荷,通过静电斥力作用,蒙脱土可以以小颗粒的形式很好的分散在水溶液中。然而蒙脱土经DDAC改性后,DDAC长链覆盖在蒙脱土颗粒表面使蒙脱土表面由亲水性转变成为亲油性;同时阳离子在蒙脱土表面的吸附,中和了其表面的负电荷,减小了蒙脱土颗粒之间的静电斥力,从而使OMMT在水中的分散稳定性降低。然而在OMMT水悬浮液中进一步添加DDAC阳离子表面活性剂后,溶液中的DDAC以其疏水长链与原本吸附在OMMT中的DDAC的疏水长链通过分子力的作用形成双分子层吸附[13],通过静电排斥作用和空间位阻效应,有效阻止了OMMT在水溶液中的团聚,提高了OMMT在水溶液中的分散性稳定性[14]。
由图1还可以看出,OMMT在DDAC浓度为0.7%,1.4%以及2.1%时,其分散稳定性明显优于其在浓度为0.35%和3.5%的DDAC水溶液中分散性,表明DDAC的浓度对OMMT悬浮液的分散稳定性具有较大的影响。分散剂在颗粒表面的主要作用在于改变颗粒表面状态,降低固液界面能。OMMT中的烷基长链通过分子力的作用将DDAC分子吸附到其表面后,胺根离子中的烷基长链在一定程度上可以起到空间位阻的效应阻止OMMT颗粒之间的团聚,而电离出来的胺根阳离子则通过静电排斥作用进一步阻止了OMMT颗粒之间的吸附沉降。有资料表明,分散剂分子在颗粒表面的饱和吸附量直接影响着悬浮液体系的分散稳定性[15]。当DDAC浓度小于0.7%,OMMT表面因未达到饱和吸附而使稳定性下降,随着DDAC浓度的增加,吸附在OMMT表面的DDAC也逐步增加并达到饱和吸附,悬浮液的稳定性提高。此后随着DDAC浓度的进一步增加至3.5%,OMMT颗粒表面对DDAC的吸附达到了过饱和吸附,悬浮液中过剩DDAC浓度增大,电离出来的胺根离子增强了体系的离子强度,并通过压缩双电层使OMMT产生絮凝,分散性能下降。而随着悬浮液DDAC浓度的增加,分散稳定性进一步降低,这是由于大量的伸展到溶液中的烷基长链之间相互缠绕桥连形成网络结构,导致了OMMT颗粒相互团聚而沉淀。
图2是DDAC分散剂浓度与OMMT悬浮液粘度之间的关系。DDAC分散剂在水中具有良好的胶粘性,粘度随含量的增加而上升,而悬浮液体系的粘度对颗粒沉降速度存在较大的影响。悬浮液的粘度η与颗粒沉降速度v的关系可以用斯托克斯式来表示:
式中,ρ和ρ0分时是颗粒和分散介质的密度,a是与颗粒直径有关的参数,g为重力加速度,η是分散体系的粘度。
从斯托克斯式可知颗粒物的沉降速度与悬浮液体系的粘度呈反比,粘度越高,沉降速度越低,体系的稳定性越好。因此随着DDAC添加量的增加,体系粘度增加,OMMT在水溶液的中的分散性就越好。而当DDAC添加量一定时,体系粘度固定不变,沉降速度与颗粒物的直径的平方呈正比。由于OMMT颗粒对有机分子具有极强的亲和作用,因而随着悬浮时间的延长,DDAC在OMMT层间的吸附量的增加以及层间胶束结构的形成,OMMT颗粒的直径也逐渐增大,沉降速度急剧增加,悬浮液体系的稳定性也快速下降。
2.2 复合配方分散剂对OMMT水悬浮液分散稳定性的影响
图3是不同复配复合分散剂对OMMT分散稳定性的影响。由图可以看出选择不同的高分子分散剂与DDAC复配后的复合分散剂对OMMT水悬浮液分散稳定性的效果也不同。当DDAC与聚乙二醇(PEG)和聚乙烯基吡咯烷酮(K-30)复合后,对OMMT悬浮液的稳定性稍有提高,但效果并不明显。与DDAC对悬浮液的分散效果相类似,悬浮液在静止90min后,其上层清液的体积百分数就达到了50%。而添加聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的复合分散剂则可以显著提高OMMT悬浮液的分散效果,悬浮液在90min内上层清液的体积都小于10%。水系悬浮液中粒子的稳定性主要取决于粒子之间基于范德华力和静电排斥粒度相互作用能。粒子之间的排斥作用越大,悬浮液中的粒子的分散性越好。本文采用非离子型高分子分散剂与DDAC进行复配,非离子型分散剂主要通过空间位阻机制来提高颗粒在悬浮液中的稳定性,对OMMT表面电位影响较小。而有机蒙脱土对有机高分子具有极强的亲和作用,随着高分子分散剂通过范德华力的作用在OMMT表面的吸附并逐渐达到饱和吸附过程中,高分子长链的一端固定与OMMT表面,另一端则伸向溶液,产生空间位阻作用,OMMT悬浮液的分散稳定提高显著提高。
一般而言,颗粒表面对有机高分子的饱和吸附量越大,有机物吸附层越厚,体系的稳定性就越好。而有资料表明,随着有机分散剂平均相对分子量的增加,颗粒表明通过尾式吸附和环式吸附就越多,吸附层厚度和相应的饱和吸附量也增加,体系的稳定性提高[16]。由表1可以看出,各种高分子分散剂中,聚乙烯醇和聚丙烯酰胺的相对分子量明显高于聚乙烯基吡咯烷酮和聚乙二醇分散剂,因而在OMMT中饱和吸附量也随之增加,伸向溶液中的PVA和PAM长分子链也进一步弱化了OMMT颗粒间的相互连接,有效阻碍了OMMT颗粒的团聚。因而悬浮体系的稳定性明显优于添加PEO和K-30分散剂。
2.3 不同复配分散剂OMMT悬浮液电位分析
图4是不同浓度的DDAC悬浮液的Zeta电位值。由图4可以看出,有机蒙脱土的电位值为正值,并且随着DDAC浓度的增加,其电位呈现先增加后减小的趋势,这与悬浮液在不同DDAC浓度下的分散稳定性相一致,表明悬浮液的稳定性随着颗粒表面Zeta电位的提高而提高。蒙脱土是一种粘土矿物,其广泛存在的同晶置换现象使其表面呈现电负性。然而随着有机改性过程中,蒙脱土对有机阳离子的离子交换吸附以及物理吸附的进行,其表面的电负性逐渐转变为正电性,并且当蒙脱土表面吸附量达到饱和时,其表面的Zeta电位也逐渐趋于稳定[17]。本实验中,蒙脱土已经经过充分的有机改性处理,其表面在分散前已经吸附有一定的有机阳离子,因此在DDAC水溶液中,其电位值表现为明显的正电位。
图5是不同复配分散剂悬浮液的Zeta电位值。由图可以看出,添加复配分散剂后,OMMT颗粒表面的Zeta电位值相对于添加单成分的DDAC分散剂的OMMT颗粒表面的电位值都有一定的降低,这主要是因为添加了复合分散剂后,随着各种不同的高分子分散剂在OMMT颗粒表面的吸附,高分子分散剂的空间位阻效应作用下,即高分子长链的一端固定在OMMT颗粒表面,而另一端尽可能的伸向溶液中,从而使颗粒表面的扩散双电层的滑动面向远离颗粒的方向移动,从而导致颗粒表面的Zeta电位降低。OMMT颗粒在吸附高分子分散剂后,虽然Zeta电位降低,减小了颗粒之间的静电排斥力,但同时却极大地增加了颗粒之间的空间位阻效应,悬浮液体系的稳定性提高。
2.4 pH值对OMMT悬浮液稳定性的影响
图5和图6分别是DDAC和PEG复配分散剂下OMMT悬浮液的沉降体积与p H值的关系。由图可知,无论是DDAC分散剂以及PEG复配分散剂下的OMMT悬浮液在pH值为8～11时的沉降体积最小,体系最稳定,此后随着碱性的进一步增强以及酸性的增加,体系的稳定性都显著下降。而由图8不同分散剂下OMMT表面Zeta电位值与pH的关系可以得出,悬浮液体系在pH值为8～11时,OMMT表面的Zeta电位最高,静电排斥最大,这与沉降试验中悬浮液在该pH值条件下稳定性最佳的结果相符合。
蒙脱土由于同晶置换现象使其单位晶层中出现过剩的负电荷,可以吸附阳离子,然而其吸附阳离子能力则随着周围介质pH值的不同而不同,从而影响了阳离子分散剂在OMMT表面的饱和吸附量,进而影响了悬浮体系的分散稳定性。即当p H>7时,蒙脱土阳离子交换量大,相应的OMMT颗粒表面对有机阳离子的饱和吸附增加,Zeta电位增大,体系稳定性也随之提高;当pH<7时,体系中的正电荷相互排斥,阻止了颗粒间的吸附,Zeta电位下降,体系的稳定性降低。此外,从图8中还可以看出,当pH大于11时,悬浮液体系的沉降体积迅速提高,稳定性下降,这是由于pH值太高时,也会相应的提高体系的离子浓度,过高的离子浓度容易压缩颗粒表面的双电层,造成颗粒物的沉降,分散稳定性降低。
3 结论
DDAC阳离子表面活性剂通过静电排斥作用可以提高有机蒙脱土(OMMT)在水溶液中的分散稳定性,并且随着DDAC浓度的增加,体系粘度的增加,悬浮液体系的稳定性呈现先增后减的趋势。通过选择不同的高分子分散剂与DDAC复配后,虽然降低了悬浮液体系的Zeta电位,但同时高分子分散剂通过其烷基长链的空间位阻效应则可以显著的提高悬浮液体系的分散稳定性;而随着高分子分散剂分子量的提高,复配分散剂对提高OMMT悬浮液体系的分散稳定性就越显著。无论添加何种分散剂,悬浮液在pH值为8～11时,OMMT颗粒表面的Zeta电位值最大,体系的稳定性最好。
摘要：研究通过重力沉降法、Zeta电位分析法以及粘度分析,研究了二癸基二甲基氯化铵(DDAC)以及不同复配分散剂对有机蒙脱土在水溶液中的分散行为,以及pH值对有机蒙脱土分散稳定性的影响。结果表明:有机蒙脱土悬浮液的分散稳定性随着DDAC浓度的增加呈现先增后减的趋势;不同高分子分散剂与DDAC复配后,降低了悬浮液的Zeta电位,但却提高了体系的空间位阻效应,当悬浮液体系的pH值为8～11范围内时,体系的稳定性提高。
关键词：有机蒙脱土,分散剂,稳定性
AM分散片稳定性讨论 篇2
1 仪器与试药
1.1 仪器
ZRS-6B智能崩解试验仪、ZRS-4智能型溶出试验仪 (天津大学无线电厂) 。752GUV (上海分析仪器厂)
1.2 试药
阿莫西林原料 (药用, 韩国) 、羧甲基淀粉钠 (DST, 药用, , 台湾永新公司) 、羧甲基淀粉钠 (CMS-Na, 药用, 浙江湖州菱湖食品化工厂) 、低取代一经丙纤维素 (L-HPC, 药用, 浙江湖州菱湖食品化工厂) 、阿莫西林胶囊剂 (香港联邦制药厂生产) 交联梭甲基纤维素钠 (药用, 日本旭化成, Ac-Di-Sol)
2 方法与结果
2.1 处方筛选
2.1.1 崩解剂对分散片性能的影响
选择5种崩解剂, 为淀粉、羧甲基淀粉钠CMS-Na、低取代一经丙纤维素L-HPC、羧甲基淀粉钠DST和交联梭甲基纤维素钠Ac-Di-Sol, 进行处方筛选, 并进行崩解时限及分散性能的研究。结果表明, 几种崩解剂的崩解速度为交联梭甲基纤维素钠大于CMS-Na;低取代一经丙纤维素大于DST大于羧甲基淀粉钠CMS-Na大于淀粉。空白片的崩解时间约22s, 说明主药有一定粘性, 一低取代一经丙纤维素与羧甲基淀粉钠DST的崩解速度基本类似交联梭甲基纤维素钠Ac-Di-Sol的崩解速度最快。 (见表1)
2.1.2 其它辅料对分散片的影响
处方中溶胀剂和粘合剂对分散片的崩解性能起着重要的作用。选择微晶纤维素、预凝胶淀粉、PVP等为溶胀剂, 1~3%PVP溶液为粘合剂, 进行处方筛选。结果表明, 微晶纤维素和预凝胶淀粉助悬作用较好, PVP可增加片子的可压性, 但随着其用量和浓度增加, 粘结力将逐渐加大, 分散片的崩解时间明显延长, 故1%溶液为粘合剂较适宜。分散片处方筛选的主要指标为崩解度和分散性能, 通过处方研究, 筛选出最佳崩解剂为交联梭甲基纤维素钠, 溶胀剂为微晶纤维素和预凝胶淀粉。
2.2 分散片的制备
将主药与微晶纤维素、预凝胶淀粉和交联梭甲基纤维素钠混合均匀加入含矫味剂的1%PVP溶液适量, 制软材, 过尼龙, 筛, 湿颗粒置烘箱中干燥, 整粒, 加润滑剂混匀, 压片。
2.3 阿莫西林分散片的含量测定
据报道, 阿莫西林胶囊剂的含量测定主要有紫外分光光度法, 国外曾采用比色分光光度法测定AM片剂含量, 故对此方法进行研究。
2.3.1 紫外吸收波长的确定
将浓度为10μg/ml的AM对照液, 经常规方法处理, 然后进行紫外扫描, 其最大吸收波长为410nm, 与国外文献报道相符。
2.3.2 标准曲线的绘制
精密称取AM对照品50g, 置250ml量瓶中, 加入1mol/l盐酸液2ml, 在沸水浴中加热15min, 冷却加水稀释至刻度, 吸取20ml, 置100ml量瓶中, 加水稀释至刻度, 摇匀, 分别以0.5为间隔进行梯度吸取置10ml量瓶中, 置沸水浴中加热冷却加水稀释至刻度, 在410nm的波长处测定吸收度并对浓度进行线性回归, 得到的线性范围4-23μg/ml。
2.3.3 回收率试验
按处方分别精密称取3份对照品50mg及相应各辅料, 置100ml量瓶中, 加水, 盐酸液, 在沸水中加热, 冷却, 用水稀释至100ml, 吸取10ml置100ml量瓶中。吸取上述溶液2ml至10ml量瓶中, 置沸水浴中加热20min, , 冷却加水稀释至刻度, 在410nm的波长处测定吸收度, 计算样品的平均回收率分别为99.33%。
2.3.4 含量测定
取本品10片, 精密称定, 称取AM适量置100ML量瓶中, 以下按前面提到的方法依此操作, 在410nm处测定吸收度另取对照品按同法测定, 计算含量。测得3批分散片的标示量百分含量分别为99.98%、99.78%、99.65%。
采用比色分光光度法测定分散片的含量, 该法简便灵敏度高, 试剂用量少且无毒性, 专属性较强。而紫外法对试剂要求高, 咪唑需要用苯精制, 有些试剂如毒性较大。比色分光光度法的关键是加热温度要控制在100摄氏度且恒定, VC溶液应新鲜配制。
2.4 崩解时限试验
崩解时取分散片1片置50ml水中, 当片剂或碎片吸水膨胀后, 应崩解或分散形成均匀的混悬液。按照上述方法检查6片, 各片均应在3min内崩解。分散均匀性:取分散片2片及水100ml置杯中, 搅拌至完全分散, 应全部通过0.7~1.2mm的筛网, 结果见表2。
2.5 稳定性试验
对AM分散片进行了初步稳定性试验, 通过影响因素试验、加速试验, 考察了研制的分散片的稳定性, 结果表明光线、高湿度和40摄氏度, 相对湿度75%, 加速试验3个月, 均对分散片的各项指标没有影响但在高温75摄氏度左右不太稳定, 片子变黄, 崩解度变慢, 含量明显降低。
摘要：就AM分散片的稳定性进行了研究并采用比色分光光度法测定阿莫西林分散片的含量。结果表明分散片分散性能较好, 内溶出度明显高于胶囊剂, 稳定性试验表明AM分散片的稳定性较好, 但高温不太稳定。
分散稳定性 篇3
随着涂料、颜料和助剂工业的发展以及涂料配色工艺由颜料粉调色向色浆调色的转变,我国的色浆产业也发生了根本性的变化,从20世纪90年代中期基本进口,到90年代末国内两三家企业与科研机构开始研发,并初步形成较小规模的试推广,再到近10年,国内专业生产水性色浆的厂家已增加到近50家,水性色浆在建筑涂料、木器涂料等涂料中的调色应用已越来越广泛。水性色浆以水为分散介质,不添加研磨树脂,不会引起配色时与基础漆的相容性不良问题,但在后续的贮存和使用过程中,常会出现颜料粒子重新聚集、返粗、体系分层等不良现象,导致配制的色漆出现色差、浮色和发花等弊病。为了提高颜料的分散稳定性,国内外研究工作者开展了多方面的探索,如在颜料表面进行接枝聚合改性或外加分散剂等[1,2]。本文从颜料含量、预分散转速、色浆的研磨次数、分散剂及增稠剂等方面入手,探讨各因素对水性涂料用氧化铁红色浆分散稳定性的影响。
1 实验部分
1.1 原料
实验用主要原料见表1。
1.2 色浆及色漆的制备
在高速分散机分散罐内加入计量的去离子水,启动分散机,将转速调至1000 r/min左右,依次加入消泡剂、润湿剂、分散剂、增稠剂等,转速提至1500 r/min,分散5~10 min;转速降至1000 r/min左右,于搅拌轴处缓慢加入氧化铁红颜料粉,加料完后高速分散30 min,转速根据实验需要而定;补加剩余消泡剂后,以200 r/min消泡10 min,停机;进一步在三辊机上研磨规定次数,用氨水调节pH值至8.0~9.0;过滤得水性氧化铁红色浆。
以自制的PUEA乳液为基料,添加润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、碳酸钙、滑石粉等预分散后,于三辊机上研磨至合格细度,得到水性木器透明基础漆。将水性氧化铁红色浆与基础漆按一定配比低速分散得水性氧化铁红色漆。
1.3 性能测试方法
1.3.1 色浆细度、黏度和遮盖力
细度参照GB/T 6753.1—2007《色漆、清漆和印刷油墨研磨细度的测定》进行测试;黏度参照GB/T 1723—2009《涂料黏度测定法》(涂-4杯)进行测试;遮盖力参照GB/T 1726—1979(1989)《涂料遮盖力测定法》进行测试。
1.3.2 沉降体积分数
将色浆置于25 mL量筒中,记录粒子开始沉降时的体积V,静置7 d后读取其沉降体积Vs,Vs/V即为沉降体积分数,该值越大,说明色浆的分水越少,分散效果越好,色浆越稳定。
1.3.3 色浆及色漆的稳定性
贮存稳定性参照GB/T 6753.3—1986《涂料贮存稳定性试验方法》进行测试。取适量样品置于广口瓶中,塞紧瓶口,置于恒温干燥箱内,在(50±2)℃放置7 d,检查沉降程度、絮凝程度、样品能否调匀以及调漆时的阻力大小。常温稳定性则为在(25±2)℃贮存规定时间后检查上述项目。
1.3.4 色漆的分散形貌
采用HITACHI S-4800扫描电子显微镜对色漆的分散形貌进行表征。
2 结果与讨论
2.1 颜料含量对色浆性能的影响
通常在评定水性色浆的特性时,除了细度、耐光性、耐候性、p H值等以外还有色含量这一项,色含量即为颜料含量。在保证色浆的细度、流动性、贮存稳定性等的前提下,理论上色浆中的颜料含量越高越好。因为色浆加入到基础漆后,均会对基础漆的性能产生一定影响[3],包括贮存性能、施工性能、干膜的物理化学性能及环保性能,尤其表现在耐水性和黏度这两方面,若色浆的颜料含量越高,配色时所需色浆添加量越小,对基础漆性能的影响就能降到最小。同时,根据stoke公式[4]可知,颜填料粒子的沉降速度Vs与体系的黏度η成反比,增加颜料浓度将会使体系的黏度上升,从而减少絮凝的倾向,因此颜料含量的增加也有利于提高色浆的贮存稳定性。但颜料含量的增加也会对体系的黏度和流动性产生影响。以颜料含量分别为45%、50%、55%、60%和65%进行试验,探讨颜料含量对色浆性能的影响,试验结果见表2。
从表2可知,随着氧化铁红颜料含量的提高,黏度上升,流动性逐步变差,沉降体积分数增大,体系的稳定性增强。当含量达到65%时,Vs/V达99.60,但黏度急剧上升至75 s,流动性变得很差,影响色浆的输送及添加,综合考虑黏度、流动性和稳定性,该色浆体系氧化铁红的含量以60%左右为宜。
2.2 制备工艺对色浆分散稳定性的影响
水性色浆制备的关键是颜料在水中的分散,即借助机械力将颜料从附集体和聚集体形态解聚成原始颗粒状态,并均匀分散在体系中,成为悬浮分散体,通常包括预分散和研磨2个过程,预分散的转速大小和研磨强度均会对产品的分散稳定性产生很大影响。
2.2.1 预分散转速的影响
在高速分散过程中,对于助剂和颜料的分散需要选择不同的转速。在各种助剂添加到去离子水中之后、颜料添加之前,称之为预分散第1阶段,高速分散机除起到基本的搅拌混合还可起到对部分助剂乳化分散的作用,因此转速采用中速为宜(1000 r/min左右)。转速太高,会混入大量空气,产生较多气泡,还会增加生产能耗;转速太低,分散剂等助剂未被分散均匀,将会影响到颜料的润湿和分散,并最终影响色浆的贮存稳定性。在颜料粉添加阶段(预分散第2阶段),为使颜料能被较快地带入浆体中并充分分散,转速需相应提高,但不宜过高,过高容易造成体系湍流而影响分散。预分散第2阶段转速对色浆性能的影响见表3。
从表3可以看出,转速为3000 r/min已足够,高速分散后浆体外观基本无絮凝,并且有较好的贮存稳定性。
2.2.2 研磨次数的影响
要使颜料稳定地分散在体系中,研磨细度应达到一定的标准,因此在预分散之后需要将色浆进一步研磨。通常随着体系研磨次数的增加,色浆的粒径变小,贮存稳定性提高,但研磨次数无需过多,因为当颜料粒径减小到一定程度后,颗粒新生表面强大的表面能会为颜料的重新团聚提供能量,研磨设备产生的机械粉碎力提供的能量一部分将用于阻止颗粒重新团聚,因而有可能表现为研磨次数过多研磨效果基本不变而耗能却增加。研磨次数对色浆细度和稳定性的影响分别见图1和图2。
从图1、图2可知,随着研磨次数的增加,色浆细度明显减小,沉降体积分数增大,稳定性增强,当研磨次数达到4次时,色浆细度为25μm,沉降体积分数达到96.61%,可满足稳定性要求。
2.3 助剂对色浆分散稳定性的影响
2.3.1 分散剂的影响
水性色浆是一个热力学不稳定体系,随着时间的推移,已分散的颜料初级粒子在范德华力、静电力和空间位阻力的综合作用下,会相互吸引逐渐形成聚集体或聚结体[5]。根据stoke公式可知,颜料粒子的沉降速度与颜料粒径的平方成正比,粒径增大,沉降会加剧,稳定性降低。使颜料粒子充分润湿并稳定地分散在体系中,尽可能地降低其沉降速度,提高贮存稳定性,分散剂具有决定性作用。
本研究依据丹尼尔流动点法[6,7]选择分散剂的种类和用量。
(1)丹尼尔流动点测试
丹尼尔流动点是使颜料解聚所需分散剂的最低值。对同一种颜料,分散剂的流动点越低,则说明颜料越容易分散,同时配方中需要添加的分散剂用量也越少。其测试步骤如下:称取5 g氧化铁红颜料,滴加去离子水至形成干硬球体;滴加待选分散剂,直至颜料球分散成流体。通过加入的分散剂用量,可以计算出分散剂活性物对颜料的质量百分数,即丹尼尔流动点。通过测试各种分散剂对氧化铁红的丹尼尔流动点,可以筛选出丹尼尔用量较低的几种分散剂(见表4)。
注:丹尼尔流动点(%)=分散剂用量(g)×活性物含量(%)/5 g。
从表4可看出,除Hydropalat 1080和TEGO Disper 740W的丹尼尔流动点很高外,其余5种分散剂的丹尼尔流动点都较低,其中Hydropalat 3204的最低。经初步筛选,淘汰Hydropalat 1080和TEGO Disper 740 W,考虑其余5种分散剂作为本试验的备选分散剂,将其分别制成色浆考察黏度、贮存稳定性、流动性等方面性能,再进一步筛选。
(2)分散剂种类对色浆分散稳定性的影响
选择Hydropalat 3204、Dispersogen DIP、SN-Dispersant5034、BYK-190和TEGO Disper 752W等5种分散剂进行对比试验,用量为各自丹尼尔流动点用量的2.5倍,分散剂种类对色浆产品性能的影响见表5。5种色浆在50℃条件下贮存7 d后与基础漆配成色漆后的涂膜分散形貌见图3,其中Hydropalat 3204由于制备的色浆贮后稳定性太差,无法配漆,故未做扫描。
从表5可以看出,Hydropalat 3204、SN-Dispersant 5034和BYK-190有良好的降黏效果,但Hydropalat 3204和BYK-190的稳定性差,尤其是Hydropalat 3204,贮存后严重结块,无法重新调匀,而BYK-190的沉降分水最为严重(沉降体积分数为89.92)。Dispersogen DIP和TEGO Disper 752W有较好的稳定性,但降黏效果和流动性差。
从图3也可看出,以BYK-190和TEGO Disper 752W为分散剂制备的色浆有严重的团聚;以Dispersogen DIP为分散剂制备的色浆基本无团聚,但颜料粒子分布不够均匀;而以SN-Dispersant 5034为分散剂制备的色浆不仅不存在团聚,并且颜料粒子分散均匀。综合考虑分散稳定性、黏度、流动性因素,SN-Dispersant 5034为水性氧化铁红色浆体系的最佳分散剂。可能原因如下:SN-Dispersant 5034为阴离子型高分子聚羧酸钠盐类分散剂,它既能利用自身的锚固基紧密地吸附在颜料的表面上,其伸展链在分散介质中又能构成有效的空间位阻作用,在二者的共同作用下,被分散的颜料粒子不易聚集,即使受外力(如搅拌等)影响时也不易解吸附,制备出的色浆表现出更好的稳定性。
(3)分散剂用量对色浆产品性能的影响
分散剂用量对色浆的分散稳定性有重要的影响,用量过少,颜料的润湿和分散不够充分,必然导致色浆的稳定性降低;用量过多,过量的分散剂会在颜料粒子间“架桥”而重新导致絮凝,引起体系稳定性的下降。以分散剂SN-Dispersant5034丹尼尔流动点用量的1~3倍进行试验,分散剂用量对色浆性能的影响见表6。各色浆在50℃条件下贮存7 d后与基础漆配成色漆后的涂膜分散形貌见图4,其中分散剂用量为丹尼尔流动点用量的1倍时制备的色浆贮后稳定性太差,无法配漆,故未做扫描。
注:(1)丹尼尔流动点用量的倍数。
从表6可以看出,当分散剂用量从丹尼尔流动点的1倍增至2.5倍时,色浆的黏度降低,沉降体积分数增大,贮存稳定性和遮盖力增强,但随着用量的进一步增加,黏度反而升高,沉降体积分数减小,遮盖力和稳定性也降低。
从图4也可看出,随着分散剂SN-Dispersant 5034用量的增加,漆膜中颜料粒子聚集的程度降低,分散越来越均匀,但当用量增至丹尼尔流动点的3倍时分散效果反而变差,此时已超过最佳用量,故该体系分散剂用量选择为丹尼尔流动点的2.5倍最合适。分析原因如下:当分散剂用量过少时,不足以在颜料表面形成完整的吸附层,颜料表面未被分散剂覆盖的部分为减少表面能量而聚集,会导致色浆细度返粗、遮盖力差、黏度高、分散稳定性差;但如果用量过大,过量的分散剂游离在体系中,易与已经吸附在颜料粒子表面的分散剂相互缠结,在外力作用下易造成分散剂从颜料表面脱落,从而导致遮盖力变差、分散稳定性下降等问题[8,9]。只有当分散剂为最佳用量,所有的颜料粒子都恰好形成稳定的双电层结构,达到单分子吸附最大值,能够产生足够的位能阻止粒子重新团聚,从而体系具有最佳的稳定性。
2.3.2 增稠剂的影响
根据stoke公式可知,粒子的沉降速度与体系的黏度成反比,水性色浆以水为分散介质,黏度非常低,因而需加增稠剂来调节。增稠剂有纤维素醚增稠剂、碱溶胀型增稠剂、聚氨酯类增稠剂、聚丙烯酸类增稠剂、无机增稠剂等。各类增稠剂均有其优缺点[10],实际应用中常搭配不同的增稠剂。本实验采用无机类SMP-HV2与碱溶胀型DSX AS 1130增稠剂进行复配,SMP-HV2为铝镁硅酸盐类增稠剂,在水中有优异的悬浮性、增稠性和触变性,DSX AS 1130是一种碱溶胀型增稠剂,其增稠机理是在碱性体系中发生酸碱中和反应,利用羧基的静电斥力使聚合物链伸展开,从而使体系黏度提高,达到增稠的效果。试验结果见表7。
从表7可以看出,添加增稠剂后,体系的黏度明显增大,稳定性增强,分水明显减少,同时增稠剂搭配使用的效果比单一增稠剂要好,而且随着SMP-HV2的增加,黏度增大,触变性增强。但触变性过强色浆的流动性变差,影响色浆的添加和输送。因此,该体系中增稠剂选择0.6%SMP-HV2+0.2%DXS AS 1130较为合适,此时制备的色浆既具有适宜的黏度又有适中的触变性,可以使色浆具备良好的贮存稳定性。
2.4 水性氧化铁红色漆的稳定性
在最佳工艺条件和最优配方下制备氧化铁红色浆,将其与实验室自制的水性木器透明基础漆按一定比例配制成铁红色漆,测试其黏度、稳定性等性能,结果见表8。
从表8可以看出,该色漆具有合适的黏度、细度(小于60μm)和良好的稳定性,也说明了配制该色漆的色浆有良好的分散稳定性。
3 结论
(1)氧化铁红的含量为60%时,配制的色浆具有良好的流动性和稳定性。
(2)预分散第1和第2阶段的转速分别为1000 r/min和3000 r/min较为合适,研磨4次色浆的细度和稳定性可达要求。
(3)选用阴离子型高分子分散剂可提高体系的分散性和稳定性,并且其用量存在一个最佳值。
(4)增稠剂对提高体系的稳定性有明显效果,不同类型的增稠剂复配使用效果更佳。
参考文献
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分散稳定性 篇4
钴蓝是一种很古老的颜料, 在18世纪末叶Thenard就制成了这种蓝颜料, 所以至今国外还称钴蓝为Thenard blue。当时仅作美术材料[1]。钴蓝无机颜料具有极好的遮盖力 、着色力、分散性;优异的户外耐光性、耐侯性、耐高温性;良好的耐酸、耐碱、耐各种溶剂及化学腐蚀性;并且具有无渗性, 无迁移性;且与大多数热塑性、热固性塑料具有良好相容性。用于耐高温涂料、陶瓷、搪瓷、玻璃着色等。但由于钴蓝颗粒比表面积大、表面能较高, 致使粒子处于极不稳定的状态, 在制备和后期处理过程中极易团聚在一起而形成较大的颗粒, 从而直接影响产品的质量和性能[2,3]。因此从某种意义上讲, 钴蓝的分散稳定性成为其应用过程中的关键因素。由于钴蓝颗粒在有机体系中的分散性受诸多因素影响[3,4], 如:分散介质的种类、研磨速度、pH值、分散剂的选择、分散温度以及分散时间等, 研究这些影响因素对提高钴蓝的分散稳定性有重要意义。
本文从控制钴蓝分散稳定性的机理入手, 研究了pH值, 分散剂的种类、用量, 分散速度以及分散时间对分散体系的分散性及其稳定性的影响规律。
2 实验部分
2.1 实验原材料
钴蓝无机颜料, 原始粒径800nm, 湖南巨发颜料科技有限公司;二乙二醇丁醚, 分析纯, 天津市光复精细化学研究所;十二烷基硅酸钠, 汕头市西陇化工有限公司;高分子聚酰胺类物质A-842, 阿托兹 (中国) 精细化工有限公司;环氧基硅烷偶联剂KH550和KH560, 分析纯, 北京普林大业化工有限公司, 三乙醇胺, 分析纯, 天津市化学试剂厂分厂;N, N二甲基乙醇胺, 化学纯, 北京化学试剂公司。
2.2 仪器
PL6001—L型电子天平, 梅特勒-托利多仪器 (上海) 有限公司; HJ—6B型磁力搅拌器, 东西 (北京) 科技有限公司;PHS—3C微机型pH值测试计, 上海康仪有限公司;GB—2S型高速砂磨机, 青岛通达专用仪器厂;ZSNanoS马尔文纳米粒度分析仪器, 英国MaLvern仪器有限公司。
2.3 实验方法
2.3.1 钴蓝悬浮液的制备
将5g钴蓝无机颜料放入到二乙二醇丁醚溶液中, 然后再加入一定量的分散剂 (分散剂浓度按总溶液计算) , 然后在恒温条件下, 用磁力搅拌器进行搅拌大约0.5h待体系均匀混合后, 最后用砂磨机进行砂磨2.5h制得钴蓝悬浮液, 调整砂磨机的转速为一特定的值。
2.3.2 钴蓝分散体系的分散性
在砂磨得过程中, 每隔0.5h取一次样, 然后将取出的钴蓝有机溶剂分散液用二乙二醇丁醚溶液进行稀释, 然后用激光粒度仪定量测出分散体系在研磨过程中的粒度分布。
2.3.3 钴蓝分散体系的稳定性
调整体系的pH为一特定的值, 取分散好的钴蓝分散液30ml, 置于标有刻度的试管中分别静置1h, 4h, 12h, 36h, 72h。然后计算试管上清液的高度 (总高度减去上清液的高度即得沉淀的高度) , 从而获得沉淀的体积分数。
3 结果与讨论
3.1 分散体系pH值对体系的稳定性的影响
图1为采用Zeta电位仪测量的钴蓝悬浮液在不同pH下的Zeta电位的大小。
从图2中可以看出钴蓝的等电点在3左右。当pH<3时, 其Zeta电位值为正, 最大正点位为35mV;当pH>3时, 其Zeta电位值为负, 最大负电位为-45mV;当pH=7时, 其Zeta电位的绝对值最大。纳米颗粒分散到液体介质中, 颗粒表面带有一定数量的净电荷, 吸引同等数量的相反电荷在其周围, 紧密层和扩散层交界处滑动面的电位为Zeta电位。Zeta电位的绝对值越大, 颗粒之间的静电斥力占优势, 不易团聚, 说明分散体系稳定; 相反, Zeta电位的绝对值越小, 颗粒之间的范德华引力占优势, 容易团聚, 说明体系分散稳定性差[4,5]。所以从Zeta电位来看, 钴蓝颗粒在pH=7时体系最稳定。
3.2 分散剂种类对分散效果的影响
本实验主要选择以下几种作为钴蓝的分散剂:低分子分散剂, 偶联剂, 高分子分散剂, 即十二烷基硫酸钠, KH550和KH560, A-842等。表1为不同分散剂对钴蓝分散效果的影响。
从钴蓝悬浮液经不同分散剂后沉降测量结果得出十二烷基硫酸钠的分散效果较差, 分散剂KH550, KH560和A-842的分散效果较好。使用十二烷基硫酸钠分散剂的钴蓝颗粒表面吸附的分散剂较少, 钴蓝粒子周围有一定的团聚现象, 使其粒径变大, 其粒度分布如图2中Record 158所示, 稳定性较差。
分散剂KH550和KH560是2种含有环氧基的硅烷偶联剂, 在二乙二醇丁醚中发生发应。形成Si-OH。Si-OH与钴蓝表面的羟基发生反应, 形成新的化学键, 新键的形成增强了钴蓝颗粒与偶联机的相互作用。同时连接在钴蓝颗粒表面的偶联剂发生, 形成交联网状结构, 能够有效的阻止钴蓝颗粒相互碰撞在一起, 有利于提高其分散的稳定性。高分子分散剂A-842为丙烯酸脂胺盐类聚合物, 钴蓝颗粒易与聚丙烯酸盐易发生物理和化学吸附, 由于丙烯酸脂胺盐类聚合物是一种长链型的高分子结构, 空间位阻较大, 从而对钴蓝颗粒的团聚有一定的阻碍作用[6]。复合分散剂[M (KH550) ∶M (KH560) ∶M (A-842) =1∶1∶2]能够产生较强的协同作用, 经分散后的颜料粒径大大减小, 其粒度分布如图2中Record 139所示, 具有最佳的分散效果。
3.3 分散剂用量对分散效果的影响
钴蓝悬浮液中钴蓝的质量分数为10%, pH值为7, 分散剂为复合分散剂[M (KH550) ∶M (KH560) ∶M (A-842) =1∶1∶2], 钴蓝悬浮液分别在不同的分散剂用量下进行分散, 分散完毕后静置1h, 4h, 12h, 36h, 72h, 分别测其各组分中的沉降分数。图1反映的复合分散剂用量与沉降体积分数之间的关系。
从图3中可以看出复合分散剂的分散效果随分散剂的用量的变化而具有相似的增加趋势。分散剂用量在较小水平时, 分散效果随分散剂用量的增加而具有明显的增加趋势, 当分散剂用量较大后, 继续增加分散剂的用量时, 分散效果没有明显的变化, 分散效果将会达到一个极限值[7]。这是因为在低的分散剂用量时, 钴蓝粒子表面的分散剂吸附量随着用量的增加而增加, 因而分散效果逐渐增强。当粒子表面吸附量达到饱和后, 继续增加用量对分散剂的吸附量基本没有影响, 本文采用8%的用量。
3.4 分散速度对分散效果的影响
本实验所用的分散方式是高速研磨, 主要是依靠高速旋转的转头和锆珠在容器内将物料进行剧烈的研磨, 以使颜料颗粒的粒径变的更小。同时也产生剧烈的剪切力和拉拽力, 使团聚体被破坏, 以达到迅速分散和混合的目的。调节体系的pH=7, 固定分散时间, 考查不同转速下钴蓝颗粒的粒度大小和体系的稳定性 (图4) 。
从图4中可以看出, 随着研磨速度的增加, 钴蓝的粒径有减小的趋势。当转速较低时, 提高转速可以使钴蓝的粒径明显的减小。当转速达到一定值后, 提高转速钴蓝的粒径不再有明显的变化。从图中可以看出当转速达到3000r/min后, 钴蓝的粒径不再有明显的变化。
4 结论
本文研究了分散剂的种类和用量, 分散体系pH值, 分散速度等对分散稳定性的影响, 通过沉降实验和激光粒度仪测量粒径分布的方法, 得出以下结论:分散体系在pH=3时分散效果最差, 当pH>3时, 分散稳定性逐渐增加, 当pH=7时分散最稳定;硅烷偶联剂KH550和KH560适合钴蓝有机体系的分散, 实验采用复合分散[M (KH550) ∶M (KH560) ∶M (A-842) =1∶1∶2], 能够产生较强的协同作用, 具有最佳的分散效果;用量为总量的8%时对钴蓝弱溶剂体系的分散效果较好;高速分散的速度在不超过3500r/min的范围内, 转速越大, 分散的效果越好。实验采用转速为3500r/min。
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分散稳定性 篇5
与贵金属纳米粒子相比,铜纳米粒子(CuNPs)具有较低的制造成本和优异的理化性能,因而在化学催化[1]、电子材料[2]及生物材料[3]等领域具有广阔的应用前景。目前,CuNPs的制备方法主要有辐照合成法[4]、电爆炸丝法[5]、高能球磨法[6]、微乳液法[7]和液相化学还原法[8,9]等。其中,辐照合成法、电爆炸丝法和高能球磨法等往往需要特殊的设备和苛刻的条件,难以实现;微乳液体系可稳定的CuNPs浓度偏低,且存在大量的表面活性剂和有机溶剂;液相化学还原法可在水中进行,且具有实验设备要求不高、操作简便易行、反应条件温和及粒径形貌可控等优点,因而备受重视。就制备及应用而言,纳米铜溶胶的稳定性,CuNPs的尺寸、尺寸分布及形貌等至关重要。因此,如何通过液相化学还原法制备尺寸可控、分散稳定的CuNPs溶胶,具有重要意义。本实验以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为分散剂,采用液相化学还原法制备了高分散稳定的纳米铜溶胶。
1 实验
1.1 试剂与仪器
无水硫酸铜,分析纯,成都科龙化工试剂厂;聚乙烯吡咯烷酮(重均分子量30000),分析纯,成都科龙化工试剂厂;水合肼,分析纯,成都市联合化工试剂研究所;十六烷基三甲基溴化铵,分析纯,成都市科龙化工试剂厂;无水乙醇,分析纯,成都市联合化工试剂研究所;氨水,分析纯,成都市联合化工试剂研究所;去离子水,实验室自制。
90Plus型激光粒度仪,美国布鲁克海文公司;UV-1800PC型紫外-可见分光光度计,上海美谱达公司;X’PertPRO型射线衍射仪(XRD),荷兰帕纳科公司;Nicolet-5700型红外光谱仪(FTIR),美国尼高力仪器公司;SDTQ600型热分析仪,美国TA仪器公司;Tecnai F20型透射电子显微镜(TEM),美国FEI公司。
1.2 纳米铜溶胶的制备
在20 mL硫酸铜水溶液(10 mmol/L)中,滴加适量的氨水直至析出的沉淀完全溶解,得到铜氨溶液。随后加入适量的聚乙烯吡咯烷酮和十六烷基三甲基溴化铵,超声分散30 min,然后在氮气保护下于50 ℃搅拌2 h。将反应体系升温至预定温度,滴加一定浓度的水合肼溶液(5 mL),体系迅速由蓝色变为红色或紫红色,反应一定时间后,即形成纳米铜溶胶,密封保存备用。
1.3 CuNPs的提取
将上述反应制得的纳米铜溶胶加入到适量的无水乙醇中,超声5~10 min。将得到的混合溶液在离心机中以12000 r/min高速离心5~10 min后去除上清液,加入适量无水乙醇超声5~10 min,再次离心。重复上述步骤5~10次后,将最终离心得到的下层产物置于真空干燥箱中50 ℃真空干燥备用。
2 结果与讨论
2.1 纳米铜溶胶合成的影响因素
实验中,采用单因素法研究了体系的反应温度、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)用量和水合肼浓度等因素对纳米铜溶胶合成的影响,所得结果见表1。
注:a采用激光粒度仪测定
体系温度对晶核形成速度、晶体生成速度及纳米铜溶胶的稳定性等都有较大的影响。温度太低,晶核形成速度和晶体生成速率很慢,形成的CuNPs粒径较大;温度太高,由于布朗运动的加剧,CuNPs之间的碰撞几率不断增大,易出现团聚现象,导致CuNPs的粒径过大或分布不均。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种非离子型的水溶性高分子化合物,既易溶于水,又溶于大部分有机溶剂,在制备CuNPs的反应体系中用作保护剂。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)所形成的胶束,一方面可以稳定所生成的CuNPs,另一方面会影响CuNPs的尺寸。当CTAB用量较大时,体系中形成胶束的数量较多、体积较小,在还原反应的初期产生了大量细小的铜纳米晶核,这些细小晶粒易产生团聚形成大颗粒,从而出现平均粒度增大和体系不稳定的现象。根据水合肼还原铜氨络离子的反应式可知,将铜氨络离子完全转化为CuNPs所需水合肼的最低浓度为20 mmol/L,适当提高其浓度有助于反应完全。研究表明,制备高稳定性纳米铜溶胶的适宜条件为:10 mmol/L的硫酸铜水溶液20 mL,60 mmol/L的水合肼溶液5 mL, PVP用量3.0 g,CTAB用量1.0 g,反应温度70 ℃(表1)。
2.2 纳米铜溶胶的UV-Vis分析
当入射光与尺寸远远小于其波长的CuNPs相互作用时,CuNPs表面的自由电子会发生集体振荡。当入射光频率与自由电子振荡频率相等时,会产生表面等离子共振现象,在UV-Vis吸收光谱中表现为CuNPs的特征吸收峰。图1中570 nm附近出现的单峰,即为CuNPs的特征表面等离子共振吸收峰。根据Mie理论[10]及其它相关研究报道[11,12],UV-Vis吸收光谱中只有1个单峰,表明该体系中生成的CuNPs的外观特征为球状。由图1所示的不同陈化时间的纳米铜溶胶的UV-Vis光谱的重复性可知,随着陈化时间的延长,UV-Vis吸收峰位没有发生变化,且吸收峰强度在2周内仅略有降低,说明纳米铜溶胶的稳定性很好。该纳米铜溶胶具有高稳定性的原因在于PVP可以包覆CuNPs,对其表面有修饰作用[13],可以防止团聚和氧化;另一方面,表面吸附有PVP的CuNPs会进入乳化剂CTAB的胶束中,可进一步提高其分散稳定性[14]。
2.3 CuNPs的XRD分析
图2为液相化学还原法制备的CuNPs的XRD图,其特征衍射峰的位置与铜的XRD标准图谱(JCPDF卡片号:00-001-1241)基本符合,并且未见铜氧化物(氧化铜和氧化亚铜)的特征衍射峰。XRD结果表明,CuNPs的晶体结构为立方晶系的面心立方结构。2θ为43.3°、50.4°和74.2°的3个衍射峰均为CuNPs的特征衍射峰,分别对应于铜晶体的(111)、(200)和(220)面。利用Scherrer公式计算得出自制CuNPs的晶粒平均尺寸为24.8 nm。
2.4 CuNPs的FTIR分析
图3为液相化学还原法制备的CuNPs的FTIR图。1422 cm-1和1368 cm-1处为吡咯烷酮基团的骨架伸缩振动吸收峰;1292 cm-1处为吡咯烷酮基团中碳氮键的伸缩振动吸收峰;1641 cm-1处为吡咯烷酮基团中碳氧双键的伸缩振动吸收峰[15];1110 cm-1和619 cm-1处为CuNPs与PVP形成的杂化物的红外吸收峰[16]。通过对CuNPs的FTIR光谱分析可知,CuNPs表面吸附有PVP分子。PVP分子在CuNPs表面的吸附可以有效防止团聚,保持CuNPs的高分散性。
2.5 CuNPs的TG分析
通过离心、沉淀等方法分离溶胶中的CuNPs,干燥后进行TG分析。图4(a)为制备的CuNPs在100~600 ℃的TG曲线(氮气气氛),失重是由吸附于CuNPs表面的聚合物PVP分解造成的, CuNPs的失重率约为0.7%,说明其表面仅吸附有少量的PVP分子。而图4(b)所示的TG曲线(空气气氛)出现了明显增重,原因在于CuNPs在空气气氛中易发生氧化反应,生成氧化亚铜、氧化铜或者它们的混合物。
2.6 纳米铜溶胶的TEM分析
图5为液相化学还原法制备的CuNPs的TEM照片,可以看出CuNPs的外观特征基本为球状,这与纳米铜溶胶的UV-Vis吸收谱图中只有1个单峰的结果一致。从图5中还可以看出,CuNPs的尺寸范围为10~30 nm,且粒子之间具有良好的分散性。
3 结论
通过液相化学还原法制备得到了高稳定性纳米铜溶胶,其CuNPs的粒径分布为10~30 nm。CuNPs的表面吸附有少量的保护剂PVP,有利于防止CuNPs的团聚及氧化。制备高稳定性纳米铜溶胶的适宜条件为:10 mmol/L的硫酸铜水溶液20 mL,60 mmol/L的水合肼溶液5 mL, PVP用量3.0 g,CTAB用量1.0 g,反应温度70 ℃。该方法制备的纳米铜溶胶具有良好的分散和稳定性,为合成聚合物基纳米铜复合材料等奠定了基础。
分散稳定性 篇6
(1) 根据实时数据采集Agent, 在对电力系统中的暂态稳定性分析中, 通过运用SCADA系统可以有效的获取电网的状态和数据故障的整体数据, 对于电网故障的诊断可以有效的传达到故障诊断Agent, 对安全进行有效的控制, 及时的唤醒结线分析Agent与故障诊断Agent。 (2) 对于结线分析Agent, 主要就是对停电区域的相对分析比较, 对相应的区域进行合理的显示, 并有效的进行故障诊断, 对这些相应的链接区域进行结线分析。 (3) 故障类型库、故障诊断A-gent与诊断结果评估Agent, 这些都是对系统故障诊断的核心部分, 对于故障类型的多个Agent同时进行工作, 根据不同的开关对跳闸信号进行不同的故障分类;对于故障诊断Agent求得故障隶属度最大的故障, 初步确定故障类型;诊断结果评估Agent则得到故障的严重程度。 (4) 案例分析Agent也就是通过实时数据得到的诊断结果处理成案例, 为以后的诊断工作提供辅助。 (5) 规则库管理Agent, 这也就是对系统管理提供诊断规则, 同时起到对规则库维护和管理的作用。 (6) 接线图生成Agent, 自动生成厂站接线图, 以便故障类型库调用;在故障发生后, 可以将故障跳闸区域显示在屏幕上。
2 基于Multi-Agent的电力系统暂态稳定分析
(1) 电力系统暂态稳定分析的理论描述。在对电力系统研究的过程中, 实际的供电环境是一个十分复杂的体系, 由于供电的结构和分布十分广泛, 也有很多电力系统的稳定性没有得到保证, 同时供电系统也是国家的基础建设和人们生活的重要组成部分, 从电力系统的整体规划和实际运用来说, 如果能够保证电力系统运行的高效性和稳定性, 通过应用Multi-Agent对电力系统进行大量的暂态稳定分析, 根据相应分析的结果制定出电力系统中紧急分散协调控制策略, 可以在实际操作过程中有效的降低风险的发生, 同时也有效的减少风险带来的损失。
(2) 暂态稳定分析的目的及方法概述。暂态稳定分析主要就是通过对现场故障的模拟, 让电力系统受到较大的干扰之后, 通过对电力系统的抗干扰能力的测试, 可以有效的采取相应措施对电力系统的暂态稳定进行控制, 提高电力系统在运行过程中的安全性与稳定性。例如, 该电力系统包括10台发电机, 39个节点, 12台变压器, 34条线路。其中10号发电机是一等值机, 代表了与该系统相连的其他部分的电力网络, 所以惯性时间常数较大, 其它发电机的惯性时间常数都在84s以内。系统基准功率为100MVA, 基准电压为345k V, 在此算例分析中分别选取了两个故障来说明算法。下面从短路故障这种大的干扰分析电力系统的暂态稳定, 如果发电机用X'和E'表示的近似数学模型 (δ'以δ表示) , 则可以推导出正常运行时的功-角特性方程为:
在发生短路故障时, 相当于在短路点接入一个附加电抗:
这时的功-角特性方程为:
在短路故障线路被切除后, 功-角特性方程为:
通常XI<XIII<XII, 所以曲线PIII介于PI和PII之间。正常运行:a点。
3 基于Multi-Agent的电力系统暂态稳定控制
基于Multi-Agent即是对于制定单机面积的计算, 制定相应的计算原理, 这种方法也就是将原有的计算特点进行全面的解释, 同时对这两点进行充分的结合起来, 同时Multi-Agent通过有效运用SGEAC的控制方法对电力系统的节点进行处理, 进而更好的保障电力系统在运行中的安全性能, 同时也能更好的保证电力系统运行的稳定性, 对电力系统进行有针对性的分析提高系统中的稳定性能, 运用关键技术将原有的计算规律进行准确的分析, 确保计算的效率与数值的正确性, 电力系统的安全控制系统也就是对地系统操作过程中的稳定性进行控制, 通过运用特定的装置保证系统的正常运行, 对于电力系统稳定性的实践过程主要就是要实现暂态稳定性的控制效果, 这也是相对比较复杂的控制系统, 对于相应的控制适应的过程, 判断的依据必须进行充分的准备, 才能保证系统使用的效率。但是在对这种系统的研究测试表现, 通过运用SGEAC方法的电力系统暂态稳定控制较为有效, 也是在一定的程度可以有效的维持电力系统暂态稳定, 保障系统运行的实效。
4 结束语
基于Multi-Agent对电力稳定系统的研究过程, 要根据电力系统暂态稳定性分析的情况, 同时根据电力系统的实际需求, 对不同等值的系统暂态稳定的组值进行分析, 确保组值机械功率的调节暂态稳定的影响, 通过对SGEAC法的电力系统的暂态稳定分析和紧急控制过程与结果均与理论研究内容相一致, 具备一定的现实意义与应用价值。
参考文献
[1]王科, 游大海, 尹项根, 等.基于支路势能脊的电力系统暂态稳定分析和临界割集识别[J].电工技术学报, 2013, 11 (11) :268-269.
[2]武同心, 吕晓祥, 王建全.Duhamel数值积分算法在电力系统暂态稳定分析中的应用[J].机电工程, 2013, 6 (6) :743-745.