石墨分散性研究目的,石墨水分散性研究.doc

石墨分散性研究目的，石墨水分散性研究 前言 世界石墨资源较广，其结晶架为六形层状结构具有耐高温导电、导热性化学稳定性性质导电材料铸造、翻砂、压模及高温冶金材料原子能工业和国防工业石墨英文名称为Graphite，分子式为C，分子量为12.01。石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构，每一网层间的距离为3.40?，同一网层中碳原子的间距为1.42?，属六方晶系，具有完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱。 图1.石墨晶体结构示意图 石墨被广泛用于导电材料、润滑材料、电池、耐火材料。为扩大石墨用途，可以把石墨做成石墨乳。但是首先应该解决的最基本问题是石墨的分散性问题。 1.2石墨胶体粒子特点与分散条件 石墨乳是把石墨固体微粒加在液体中并在液体中呈分散状态。石墨胶体粒子具有下述特点：分散状态时，粒子的沉降速度/showroom/qdlxsmr极为缓慢，常常保持均一的分散状态，液体的物理特性稳定，干燥涂膜状态时，每个粒子易向被涂敷面附着，因此涂膜的附着力很强。由于石墨呈薄片状，因此其粒子在极微细的情况下，在被涂敷面仍平行排列逐层微密之填，使徐膜表面平滑，涂敷的凝集力强，导电性和润滑性也好。 石墨胶体粒子的分散条件：一是胶体粒子的微细化处理，也就是超微粉碎机和分级处理；二是石墨微粒在水中的分散处理。这两点是制造石墨乳的重要环节。但石墨具有疏水性，因此要使石墨微粒子在水中分散，就必须加入亲水性物质分散剂。分散剂的作用不仅在最终配制作业中十分重要，而且在湿式粉碎作业中也同样不可缺少。此外，水的PH值应为10左右，使石墨粒子带上同号电荷。一般石墨粒子带负电，由于同性电荷相斥，防止了石墨颗粒的沉淀。因此石墨乳的制造，最重要的是使粒子带电，也就是使石墨分散液成为碱性。 在石墨分散液中，加入酸类凝析剂，则带电石墨粒子由于放电而使分散条件被破坏，石墨粒子产生凝析。这种作用在湿粉碎后，经过精分级给微粒石墨脱水捕集创造有利条件。由于加入添加剂的种类和数量不同，可以生产出不同用途的石墨乳[3]。 水基石墨广泛应用在显像管[4]、润滑剂[5]、墨水[6]等等。水分散石墨在国内外已经引起广泛关注，世界各国都在对此进行相关研究。 二：分散性的表征方法 2.1接触角表示法 某种液体滴在固体表面上附一着并展开，习惯上就叫做该固体能被该液体润湿。从宏观上说，润湿是一种流体从固体表面上置换另一种流体的过程；从微观的角度来说，润湿固体的流体将固体表面的流体置换以后，自身与固体表面的分子达到分子水平的接触。它们之间无被置换的流体分子[7]。 当固、液表而相接触时，在界而边缘处形成一个夹角，即接触角，如图2所示。用它衡量液体对固体润湿的程度。 图2.接触角示意图 各种表而张力的作用关系可用杨氏公式 ：固体、气体之间的表面张力； ：固体、液体之间的表面张力； ：液体、气体之间的表面张力； ：液/固之间的接触角。 由上式可知：1）接触角越小，自由能降低越多，润湿程度越高；2）当θ= 00或不存在接触角时，自由能降低最大，此时称液体对固体“完全润湿”在固体表面上铺展开来成一薄的液层；3）当θ=180/0时，自由能降低最小，其值为0。此时称液体对固体“完全不润湿”，如果液体量很少，则在固体表面上收缩成一球状液滴。通常把θ=90℃作为分界线，把θ90℃称为润湿；把θ90℃称为不润湿。 2.2双电层理论 图3.Stern双电层模型 当固体表面带电以后，由于静电吸引，固体表面的电荷吸引溶液中带相反电荷的离子，使其向固体表面靠拢。被静电吸引的带相反电荷的离子称为反离子。反离子仍处在溶液中，距固体表面一定距离，构成了所谓双电层。目前最为成熟的是Stern提出的Stern双电层模型，模型如图3所示。 2.3势垒 图4. 势垒示意图 势垒的大小是胶体能否稳定的关键。粒子要发生聚沉，必须越过这一势垒才能进一步靠拢。如果势垒足够大，粒子的热/运动无法克服它，则胶体将保持相对稳定。一般势垒高度超过15kT （Boltzmann常数）时，就可阻止粒子由于热运动碰撞而产生的聚沉，势垒示意图如图4所示。 三：实验过程以及结果 3.1分散剂选择和分散性表征方法 科学地表征分散剂的分散性能，目前尚无统一的方法，多以实验数据经验测定。常用的方法有电镜法、沉降体积法、光学测定法、流变性测定法等[8~9]。文中采用电镜法、光学测定法和粘度法对实验结果进行表征。为了使石墨具有良好的分散悬浮作用，本实验采用几种分散剂[10~12]进行分别研究，然后采用双分散剂进行实验。 分散剂是促使物料颗粒均匀分散于介质中,形成稳定悬浮体的药剂。 分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类。常用的无机分散剂有硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷