分散條件對(duì)氧化鋁粉體粒度分析的影響探析

范秀麗+張成榮+劉奎

摘要氧化鋁粉末的粒度分布直接影響氧化鋁的穩(wěn)定性，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域影響較大。本文通過探討不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布，研究結(jié)果表明：氧化鋁粉末粒度實(shí)驗(yàn)受氧化鋁表面活性劑、氧化鋁粒徑大小、分散方法、吸收率、超聲強(qiáng)度、樣品加入量、樣品濃度、超聲時(shí)間、PH等因素的影響。

關(guān)鍵詞氧化鋁粉末；分散條件；粒度分析

氧化鋁具有高硬度、耐腐蝕、耐高溫等特性，使得氧化鋁廣泛應(yīng)用于陶瓷、電子、半導(dǎo)體等工業(yè)領(lǐng)域，成為重要的化工原料。氧化鋁作為重要的化工原料，其粉體性能是影響氧化鋁粉末的一個(gè)重要指標(biāo)，粉體性能由粉體純度、粒度分布、比表面積、形貌等指標(biāo)決定，受表面活性劑、吸收率、超聲強(qiáng)度等因素影響。氧化鋁粉末依據(jù)粒徑的不同分為3種，分別是平均粒徑為0.4μm的高純超細(xì)氧化鋁粉、平均粒徑為1μm～3μm的氧化鋁細(xì)粉以及平均粒徑為4μm～7μm的粗氧化鋁粉末。

氧化鋁粉末的粒度分布直接影響氧化鋁的穩(wěn)定性，對(duì)工業(yè)領(lǐng)域影響較大。氧化鋁粉末的粒度分布受分散條件的影響較大，因此，研究分散條件對(duì)氧化鋁粉末粒度的影響具有重要的實(shí)際意義。不同粒徑的氧化鋁粉末的分散方法主要包括以下4種：第一種是利用硝酸調(diào)節(jié)測(cè)試氧化鋁粉體水懸浮液的PH進(jìn)行分散，其中調(diào)節(jié)后的水懸浮液的PH約等于2；第二種是先利用硝酸調(diào)節(jié)測(cè)試氧化鋁粉體水懸浮液的PH約為3，后加入少許鋁離子進(jìn)行分散；第三種方法是先利用氨水調(diào)節(jié)測(cè)試氧化鋁粉體水懸浮液的PH約為10，后加入少許PMAA-NH4進(jìn)行分散；第四種方法是利用少許焦磷酸鈉進(jìn)行測(cè)試氧化鋁粉體水懸浮液的分散。本文通過對(duì)氧化鋁粉末的粉體性能研究現(xiàn)狀和不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機(jī)理進(jìn)行研究，探討不同分散條件的氧化鋁粉末粒度分布。

1氧化鋁粉末粉體性能研究現(xiàn)狀

氧化鋁粉末的粒度研究對(duì)于提高氧化鋁粉末質(zhì)量具有重要意義。張巨先等通過對(duì)四種不同分散條件下氧化鋁粒徑分布進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明氧化鋁的粒徑分布受分散方法以及分散方法中所用離子的多少影響較大，客觀的分散方法和合適的離子濃度是保障氧化鋁粉末粒度分布準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。張?zhí)烊赖壤肕S2000型馬爾文激光粒度儀對(duì)超細(xì)氧化鋁粉末的表面活性劑、吸收率、超聲強(qiáng)度等粉體性能的影響因素進(jìn)行粒度分布研究，研究確立了超聲強(qiáng)度、吸收率、轉(zhuǎn)速（r/min）、遮光度（%）分別為15，0.1，2 850，10的粒度實(shí)驗(yàn)基本條件，采用4mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的六偏磷酸鈉和2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的水溶液進(jìn)行超細(xì)氧化鋁粉末的分散。研究結(jié)果表明這種條件的分散分散方法具有較好的重復(fù)性，能夠提升超細(xì)氧化鋁的粉體性能；超聲強(qiáng)度決定樣品分散的質(zhì)量，表面活化劑縮短樣品的分散時(shí)間。袁群通過控制SDBS的濃度、樣品溶液PH、超聲強(qiáng)度分散時(shí)間等因素，采用BoxBehnhen設(shè)計(jì)模型對(duì)氧化鋁粉末納米顆粒進(jìn)行分散條件研究，研究表明SDBS的濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）、超聲時(shí)間（min）、PH分別為0.339，61，8.05時(shí)分散最優(yōu)。

氫氧化鋁作為氧化鋁粉末制備的原材料，對(duì)于其分散條件研究能夠保障氧化鋁粉末的質(zhì)量。杜煜利用Mastersizer 2000型激光粒度儀對(duì)超細(xì)氫氧化鋁通過控制超聲強(qiáng)度、樣品加入量、外加分散劑等方式進(jìn)行粒度研究，研究結(jié)果表明控制400W的超聲強(qiáng)度保持80s的分散時(shí)間、樣品加入量0.04g、6mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的六偏磷酸鈉溶液作為外加分散劑，所得粒度最好。許多學(xué)者通過控制超聲強(qiáng)度、分散時(shí)間、外加分散劑、樣品加入量等方式對(duì)氫氧化鋁粉末粒度的分散研究，為提高氧化鋁粉末的粒度分散條件奠定了基礎(chǔ)。

2不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機(jī)理

張巨先采用激光粒度儀進(jìn)行氧化鋁粉末的粒度分析，研究4種不同分散方法對(duì)氧化鋁粉末粒度分布影響，發(fā)現(xiàn)氧化鋁的粒徑分布受分散方法以及分散方法中所用離子的多少影響較大。這主要是由于氧化鋁粉末的表面積較大、表面原子數(shù)較多，使得氧化鋁表面存在大量的不飽和鍵和懸掛鍵，進(jìn)一步導(dǎo)致氧化鋁粉末的化學(xué)性能較活躍，容易導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象的產(chǎn)生。由此可見，氧化鋁的表面積直接影響其分散分析的結(jié)果。膠體原理表明液體介質(zhì)主要受膠體雙電層排斥力E2和范式吸引力E4的作用，通過吸附高聚合物來影響納米流體的穩(wěn)定性。其中吸附高聚合物層通過減少E4、增加ER、以及附加新的斥力位能E5來影響樣本膠體體系總的位能，從而提高顆粒穩(wěn)定性，防止聚沉。

氧化鋁粉末的膠體特性主要受表面化學(xué)性質(zhì)的影響，氧化鋁與水接觸會(huì)產(chǎn)生水膜，其中氧化物在水中的表面化學(xué)性質(zhì)主要由其吸附的H和OH決定。反應(yīng)式如下：

氧化鋁粉末在酸性條件下易吸附H，在堿性條件下易吸附0H，因此酸性條件下氧化鋁水懸浮液與水反應(yīng)生成氫氧化鋁，生成的氫氧化鋁是有限的，加入少量鹽酸之后，氫氧化鋁與之反應(yīng)生成鋁離子和氯離子，因此氧化鋁水懸浮液主要吸附鋁離子。此外，氧化鋁粉末的粒度分布在不同的反應(yīng)時(shí)間和PH條件下略有不同。利用硝酸進(jìn)行氧化鋁粉體分散的方法基于鋁離子對(duì)氧化鋁粉末的吸附作用明顯優(yōu)于利用硝酸、少許鋁離子進(jìn)行氧化鋁粉體分散的方法。利用硝酸、少許鋁離子進(jìn)行氧化鋁粉體分散的方法在高濃度H反應(yīng)時(shí)比較適用。

利用PMAA-NH進(jìn)行氧化鋁分散的方法基于PMAANH。對(duì)氧化鋁顆粒的表面吸附作用以及自身分子鏈的穩(wěn)定性，使得氧化鋁顆粒的表面帶電性質(zhì)得到改變，可以通過增加E、減少E進(jìn)行靜電阻穩(wěn)。但PMAA-NH加入過多或過少都容易通過表面空位層或僑聯(lián)作用而產(chǎn)生絮凝。由此可知，利用PMAA-NH進(jìn)行分散作用適用于氧化鋁粗粉或細(xì)粉，但也要對(duì)其加入量有個(gè)適當(dāng)?shù)目刂啤＠媒沽姿徕c對(duì)氧化鋁粉末的分散分析，主要是氧化鋁粉末表面吸附的鋁離子與焦磷酸鈉中的[P207]產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)，使得粉體表面存在大量的負(fù)電荷，有利于粉體的分散。此外，焦磷酸鈉的分散作用依賴于氧化鋁粉末的表面化學(xué)性質(zhì)，對(duì)不同粒徑分布的氧化鋁粉末差別較大。

3結(jié)論

本文通過對(duì)氧化鋁粉末的粉體性能研究現(xiàn)狀和不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機(jī)理進(jìn)行研究，探討不同分散條件的氧化鋁粉末粒度分布。研究結(jié)果表明：1）氧化鋁粉末粒度實(shí)驗(yàn)受氧化鋁表面活性劑、吸收率、超聲強(qiáng)度、樣品加入量、樣品濃度、超聲時(shí)間、PH等因素的影響，只有確定合理的氧化鋁粉末粒度實(shí)驗(yàn)基本條件才能保障實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性和可操作性；2）不同分散條件下氧化鋁粉末粒度分布的機(jī)理不同，利用硝酸進(jìn)行氧化鋁粉體分散的方法適用于PH較高的條件下；利用硝酸、少許鋁離子進(jìn)行氧化鋁粉體分散的方法在高濃度H反應(yīng)時(shí)比較適用；利用PMAA-NH進(jìn)行分散作用適用于氧化鋁粗粉或細(xì)粉；利用焦磷酸鈉進(jìn)行分散主要依賴于氧化鋁粉末的表面化學(xué)性質(zhì)。endprint