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水溶液中的纳米钛白稳定性
发布时间:
2024-04-30
离子型分散剂在球形二氧化钛颜料表面吸附包裹时，在带电表面周围形成包含解离的离子液体离子的扩散层，并且该层的存在导致强排斥力。值得注意的是，粒子间力是排斥双电层和吸引范德华力的总和。想要弄清楚影响您的纳米钛白浆料稳定性的因素，我们需要从钛白粉开始。
离子型分散剂在球形二氧化钛颜料表面吸附包裹时，在带电表面周围形成包含解离的离子液体离子的扩散层，并且该层的存在导致强排斥力。值得注意的是，粒子间力是排斥双电层和吸引范德华力的总和。想要弄清楚影响您的纳米钛白浆料稳定性的因素，我们需要从钛白粉开始。
一、钛白粉的组成和特点
钛白粉主要成分为二氧化钛（TiO2），是一种白色粉末状物质，具有很高的熔点（约1800°C）和相对密度（约4.5 g/cm³）。它是一种无毒、无味、白色固体，不溶于水，溶于强酸和强碱溶液。
钛白粉通过硫酸法或氯化法来生产。在这些方法中，钛矿石（如金红石或钛铁矿）经过高温熔融后与酸反应，生成钛的氧化物，然后通过水解和洗涤过程得到最终的钛白粉产品。不同方法生产的钛白粉差异整理如下：
钛白粉主要有两种晶体结构类型，即锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。锐钛型在高温下会转变成金红石型，这两种类型的二氧化钛在化学性质上相同，都是无机化合物，但在物理性质和应用上存在差异。
制作纳米钛白浆料建议选择氯化法制成金红石型的钛白粉，制作出来的浆料白度更高，稳定性更好。
二、纳米钛白的电离分散
水基中，用弱阴离子分散剂制备的纳米钛白浆料具备较好的稳定性，尤其是利用受控自由基聚合的分散剂，其本身结构更规整，分子量分布更窄，在分散、研磨钛白粉时可表现出窄的粒径分布和热稳定性。
离子型分散剂在球形二氧化钛颜料表面吸附包裹时，在带电表面周围形成包含解离的离子液体离子的扩散层，并且该层的存在导致强排斥力，从而在研磨后稳定微粒保持纳米级别的粒径。
但并非二氧化钛表面都是带负电荷。有研究发现，在pH 4和10下进行的电泳测试二氧化钛纳米片（TNS）和球形二氧化钛纳米颗粒（TNP）分别带正电和负电。这是由于表面羟基基团的质子化平衡，二氧化钛颗粒的电荷可以随pH调节，所以带正电的粒子在低pH值时存在，带负电的粒子在高pH值时存在。正负状态之间的转变发生在零电荷点。
在设想中双电层厚度越厚，颜料应该越稳定，如果增加分散剂的溶剂化链段长度，以增加双电层厚度，纳米颜料会越稳定吗？但事实真是如此吗？
研究表明，二氧化钛纳米片（TNS）和球形二氧化钛纳米颗粒（TNP）在相同离子液体溶液中的CCC值并不同，这是因为范德华力关系的大小和强度以及离子液体浓度较高时聚集的颗粒较小。带正电荷的二氧化钛纳米物体的胶体稳定性对烷基链长度不敏感。
对于带负电荷的环境，分散剂与电荷性能密切相关（例子MIM+<EMIM+<BMIM+）。
TNS和TNP粒子在溶液中聚集相似，稳定状态的位置表明其DLVO型行为，即在低离子液体剂量下缓慢聚集，在CCC以上快速聚集，且没有检测到稳定性比率对烷基链长度的明显依赖性，而且由于双电层的屏蔽和随后颗粒之间静电排斥的减弱，分散体被离子液体破坏稳定。水基中阳离子在TNS和TNP上的吸附可以忽略不计，排斥相互作用的强度仅由离子强度调节。
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