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解读-纳米碳酸钙的原位包覆及应用

2023-11-17 10:536140
      现在看看华纳的文章,侧面了解华纳的技术人员研究什么方向,用什么试剂和方法进行研究。向先进企业和个人学习,感谢他们对科技进步的贡献。

    本文讲纳米钙湿法包覆。

    采用助剂如下:

1、SA,脂肪酸?经查,硬脂酸简称SA,stearic acid,即碳18烷基酸,牌号未知。

2、OA,oil acid,油酸,不饱和C18烯酸。

3、PA棕榈酸,C16酸,估计是饱和烷酸。

    未注牌号,估计是避免泄密,可能生产就常用这几种助剂。

4、TMMS,Me-Si-(OMe)3,甲基三甲氧基硅烷。甲氧基硅烷,甲氧基水解较易,水解后三个硅醇提供三个锚点与无机物表面羟基接合。另外一端甲基无反应活性,特点是粉体膨松度低。

5、APTES,N-C3-Si-(OC2)3,氢省去不写,下同。双反应基团。硅氧烷一侧,水解较甲基差些,提供三个锚点与无机物相连。另外一侧丙氨提供一个极性基因,氨基反应活性非常强,又容易生成氢键,估计在胶体中提供触变性,极低剪切下增加粘度或挂胶性。粉体处理完,估计比较抛,用在酰胺材料中估计相容效果好。

6、PDMS-OH,聚,二甲基硅氧烷,两侧羟基封端。注意,这里是聚合物,估计是中低聚合物,估计就是硅油,前面4、5都是单体。封端羟基亲水性好,而低聚物流动性、化学稳定性、柔顺性都好。估计是调节粘度的。

    还有一个钛酸酯熬合物,太复杂了,我就不详细分析了,毕竟我只是个塑料机械专业本科生。因为企业论文中涉及的产品,并且详细标注牌号,通常都是试验数据,陪练,不会真正使用。那些不写牌号的数据,反而要重点研究。

    摘要重点:

1、纳米钙湿法处理,使用SA,需要长时间、高温、高剪切,即使这样,形成化学键数量也极弱。

    主要原因是有机弱酸和无机弱碱作用,本身就弱,解离出来的离子太少,还需要外在酸碱条件或温度剪切来增加动能引发。好像前面有短文已经描述这种机理,就不再重复,主要是太费脑子。个人理解,大约就是酸性条件下,质子攻击有机羧酸的C-O键,酰基突出轨道,和空间结构带有倾角的Ca-OH中的氧上的孤电子对重新结合。

    为了证明键合作用较弱,引用前面讲的论文,但是前面论文也没有相关数据,估计该引用就是借个出处。

2、Na-SA,硬脂酸钠盐溶于水,可用于湿法,但是浓度不能太高,否则有机盐在水中以微胶束形式存在,不能形成单分子层包覆,用量大,改性效果差。

    个人理解就是,直、长链、极性端基的有机盐,容易在水中,形成束状规则排列,钠阳离子与水中自带孤电子对、偏置、突出的氧形成配位群,导致后期与钙羟基酯交换反应时,效能低下。

3、作者提出,直接将酯化反应在纳米钙浆料中进行,利用高温热,催化SA和钙反应。这里的强碱氢氧化钠,估计就是在上述1中,提供强碱性环境,本质是引入催化剂。氢氧化钠电离,在水中形成大量钠阳离子和羟基阴离子,阴离子估计会攻击钙羟基中的带部分正电的氢,然后电子转移,生成有机钙盐。

    这种方法所说更加高效。

    氢氧化钠在工艺上使用,还是比较麻烦的。比如环评或管制,以及设备腐蚀,还有是否影响下游应用等等。但是效果肯定是正确的。

    单一的作用,正在被多极化取代。

各种反应机理的原则是在一定酸碱条件下,原子带电极化,攻击化合物的弱作用或键合部位,通常是端基部位,内部屏蔽效应强,形成中间体,电子重新分配,形成稳定结构。

    但是具体反应,我也不专业,就是简单推测,仅供参考。

    对于加工应用工程师来讲,方向往往比细节更加重要,你重点要关注反应难易和结果。

    检测设备:

1、OCA40 micro表面接触角分析仪。测固液界面张力。

    百度:德国dataphysics,三维可调试样,带显微观察。

2、1530VP SEM

    百度:德国LEO产,精度1nm。

3、L-90流变仪。

    百度:上海产,就是一台粘度仪。

4、CMT2503电子万能试验仪,5KN的拉伸仪。简单的一台拉伸仪,也能做弯曲等力学性能。

    如果前面两台设备都是华纳的自有,还是挺下本的。企业舍不得在研发设备上投资,是没有什么技术储备的。

    实验过程:

1、氢氧化钠催化包覆,同上。

    值得注意的是,吸油值参考ASTM D0281-95r02,Dop。这个标准回头查询一下具体内容。

    百度:

    标准号应该ASTM D281-95(2002),用刮刀磨损法测定颜料油吸附性。

    为什么总是用百度,标准类在知网、万方经常查不到。

    压片是红外压片机?查询,是给红外光谱配套的液压或机械粉末制块样机。

    各种配方的数据表明,SA和OA复配,辅助苛性钠,较单纯SA稍好,较无苛性钠明显好。PA单独使用效果一般。

    评价数据,采用吸油和水接触角,以及硅橡胶中拉伸、DOP糊流变的面积和屈服综合评价。后二者更加有意义。

    如果,我是说如果,直接采用SA复配硅烷偶联剂,进行处理,会不会更好?

    工艺参数影响:

1、温度从75升到90℃,同样工艺,性能提升非常明显。说明工艺温度非常关键。

2、碱在一定剂量范围内,影响不大。估计就是初期引发作用。

3、SA量增加,作用也非常明显。毕竟这是包覆的主力。

4、SA和PA,7:3复配,效果略微优于SA,吸油值下降?

    对于纳米钙,可能表面只有三种特征结构。只有包膜均匀性因素,会对吸油值产生影响。只能解释为:组合方式,物理包覆完整度更高。也有可能是PA对DOP吸收或相容性,可能也产生影响。

    但是不同处理剂复配,方向肯定是正确的。

5、湿法碱催化,比先皂化再催化,效果明显好。吸油值更高。说明包覆完整度较差。也证实前面皂化物团聚的问题。


结论与讨论:

1、SEM分析

    扫描电镜需要离子化处理,喷金。会不会这样看不到表面更多特征?

    从北化的论文采用TEM透射电镜图比较,看表面,TEM要清晰些。

2、吸油接触角分析

    个人理解,粉体吸DOP的值,与粉体比表面积和表面吸附DOP的能力,如最大吸附厚度有关。试验数据观察到,有的钙粉表面处理剂排斥DOP,而且与粉体表面特定区域作用。

    同样的粉体表面和处理剂用量,吸油值较低,可能说明处理剂包覆均匀。

    同样粉体不同处理剂,吸油值较低,可能说明吸附DOP的最大能力不同。

    吸DOP检测,建议搞个流变转子设备进行评估,每个人评价手法不同,影响较大。我通常采用10g粉,最后要能将粉搓成面条,表面不散开。这个过程挺烦人的,对于我这种懒人,经常是一边做试验,一边想各种不同方法的差异,幻想不同设备模拟效果,思考能否客观表征材料的吸油性。

3、硅橡胶力学性能

    看了半天数据,觉得里面一句话比较好。用少量双反应偶联剂,复配SA,共同处理钙粉,有利于提升胶性能。毕竟SA只是物理缠绕或链间物理吸附,弱作用。

4、胶体触变性

    填充室温硫化硅橡胶配方:

    脱醇交联剂,PDMS100,钙120,TMMS8.5,钛酸酯2.5,APTES1.2,DBDL0.07。硫化7h,依GB16776-2005标准。

    我没有真正研究过胶类材料。不过按照高聚物流变学中道理,就是高剪切稀化,有利于快速施工,低剪切或无剪切稠化,防止胶流动形成厚薄不均。

    个人理解,这只能是一种强度适中、物理作用。想来只有氢键适合。无剪切时快速形成中等作用的氢键,胶粘度上升,高剪切破坏氢键,胶恢复原先低粘度。形成氢键的原素主要是氧和氮,提供配位孤电子对,如羟基和氨基,与氢形成氢键。

    论文后面认为,直长链段也能增加胶触变性。可能是长直分子链间形成微胶束结构,还是范德华力作用。这补充了我原先的认知。感谢

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