蒙脱土在乙二醇中的分散性研究

第23卷第1期聚酯工业VoL 23 No. 1201001Polyester IndustryJan.2010doi:10.3969/j,isn.10088261,2010.01.006蒙脱土在乙二醇中的分散性研究史君,郝翔,聂聪2,王小群(1.北京化工大学理学院北京100013;2.北京航空航天大学材料学院北京100083)摘要:以乙二醇(BG)为分散介质研究了不同分散及处理方法对蒙脱土(MMT)在乙二醇中分散性的彰响用激光粒度仪和光均匀的EGMT分散体系。在此基础上对EGMM分散体系进行沉降分级可以有效除去难于分散的MMT大团W之散学显微镜对分散效果进行表征。结果表明采用高速剪切搅拌与超声波分散结合的方法有助于形成蒙脱土粒径相对小关键词:蒙脱土,乙二醇分散中图分类号:TQ223.162文献标识码:A文章编号:10088761(2010)0140021405聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有刚性和强京东方康明科技开发有限公司。度大、抗蠕变和尺寸稳定性好等优点,广泛应用于纤13实验步骤维薄膜和包装瓶等工程塑料领域12,采用纳米蒙1.3.1MMT在EG中的分散脱土(MMT)改性的PET复合材料具有更好的耐热、室温下将一定量的MMT和EG配制成质量比阻隔和阻燃性能。然而,纳米MMT由于粒径小、为1:15的混合液采用磁力搅拌高速剪切以及超表面能大,具有自发团聚的趋势,而且其层间亲声波分散等方法分散一定时间待用。水极性大在极性较小的乙二醇中不易分散,团聚13.2MMT的沉降分级体的存在将大大影响纳米MMT在PET复合材料中室温下将MMT在磁力搅拌条件下浸泡24h,高发挥作用。速剪切搅拌与超声波协同作用4个周期(剪切分散本课题前期研究发现,通过原位聚合法制备10mn,超声波5min为1个周期)后静置沉降不同PET/MMT复合材料,MMT在组分乙二醇(EG)中的时间待用。分散好坏对MMT在 PET/MMT复合材料的分散以1.4表征及测试及该复合材料的性能有重要影响。因此,将MMT1.4.1激光粒度仪以较小粒径均匀分散在EG中是至关重要的。用 Mastersizer000型激光粒度仪测量分散液中国内研究者有将纳米AT0,纳米SO2以及MMr的粒径大小。将分散液稀释到一定比例,搅拌数细Cu粉体国等用不同处理方法分散在乙二醇转速为1700r/mino中通过原位聚合法改性PET的研究,但关于MMT1.42光学显微镜在EG中的分散性研究鲜有报道。本文报告MMT将分散液取样滴在载玻片上,用盖玻片压紧,用分散在EG中的研究,不同的分散及处理方法对 Motic BA300型光学显微镜(放大倍数为400)观察MMT在EG中分散效果的影响。MMT在EG中的分散形态。光学显微镜分辨率低1实验部分能观察到的颗粒大小有限并且取样代表性较差但是对于分散性不很好的 EG/MMT体系,可以大致11实验原料及试剂观察MMT的分散形态,并且是一种快速在线观察钠基MMT,工业级,浙江丰虹粘土化工有限公分散效果的方法,避免了分散液中溶剂挥发造成的司,阳离子交换容量为100mmol/100g;EC,工业表面张力影响。级,中石油辽阳化纤分公司。12设备2结果及讨论CL3型恒温加热磁力搅拌器,巩义市予华仪器2.1不同分散方法对MMT在EG中分散效果作用有限责任公司;实验室高剪切分散乳化机FSLI,上2.1.1磁力搅拌时间的影响海法孚莱机电科技发展有限公司;超声波均化器,北由于MMT层间极性大,EG极性相对较小,MMT收稿日期:20091021。作者简介:史君(1967-),女,江宁黑山人,高级工程师博士在读,从事石油化工领域研究工作。2聚酯工业第23卷不能很好地分散在EG中。本实验采用在磁力搅拌表2不同剪切转速和时间下MMT在EG中的粒径分布下浸泡的方式对MM进行预处理期望使MM在T-e2 Particle size distribution of MMT In EG withEG中溶胀更多EG吸附到MMT片层。图1所示为Ifferent shear rate and time磁力搅拌2h,1d后体系的显微镜照片。剪切转速/剪切时间′D(0.1)/D(0.5)/D(0.9)/从图1中可以看出,磁力搅拌时间为1d,相比(r·min-1)未搅拌搅拌2h分散效果要好,但是仍有大的团聚。磁力3.179.5932.26搅拌2d时,粒子的分散效果并没有明显的改善磁75008.912734力搅拌能一定程度上使分散的更均匀,但由于其搅00050002.9630.拌速率限制,不能使大团聚打开。100022.16100008.7526.100002.85150002.858.5225.61(a)磁力搅拌2ha)剪切搅拌10minb)磁力搅拌1d图1 EG/MMT磁力搅拌不同时间分散效果光学显微镜照片(b剪切搅拌30minFig 1 Dispersion effect optical microscope photoes ofEG/MMT with different magnetic stirring time21.2高速剪切搅拌转速和时间的作用对于高速剪切搅拌对MMT在EG中的分散效果,采用激光粒度仪测量不同剪切转速和时间下MMT的粒径大小,同时也用光学显微镜观察了)剪切搅拌60minMMT的分散形态。其结果如表1,2所示。表1相同剪切时间不同转速下MMT在EG中的粒径分布Table 1 Particle size distribution of mMT血nEGw图2EG/MMT剪切搅拌不同时间分散效果光学显微镜照片same shear time and different shear rateFig. 2 Dispersion effect optical microscope photoes ofEG/MMT with different shear stirring time剪切转速/剪切时间/D(0.1)′D(0.5)/D(0.9)/表2中所列为不同剪切搅拌时间和转速下10002.858.1522.16MMT在EG中的粒径分布,其中D(0.1),D(0.5)和125002.918.74265D(0.9)分别代表累计分布百分数达到10%,50%和2858.5225690%时所对应的粒径值,其中D(0.9)为主要参考数值第1期史君,等:蒙脱土在乙二醇中的分散性研究由剪切分散和未剪切的粒径比较可以得出,未超声波分散作用的机理目前普遍认为与空化作用有剪切时,MMT在EG中各个分布水平的粒径都要比关,这种空化作用导致液体分子的剧烈运动压力和剪切后要大,说明剪切搅拌作用有助于MMT颗粒液体分子的剧烈运动使得搅拌作用未能分离的纳米的细化和分散。粒子聚集体分散成单个的颗粒或更小的聚集体,使由表1相同剪切时间不同转速下MMT粒径比纳米粒子能够在溶液中分散因而减少了纳米粒子较可以看出相同剪切时间下,随着转速的提高,粒的聚集现象提高了它在基体中分布的均匀性径呈先小后大的分布,虽然剪切作用有利于颗粒的从2.1.2结果可以看出,剪切搅拌30min时体分散但是转速过大造成体系温度升高粒子热运系中粒径小的MMT占的比例最大,但是从所有搅动加剧,颗粒碰撞概率增加,小颗粒由于大的比表面拌时间的显微镜照片看体系中一直有不同程度的积更容易团聚,反而使粒径增大,剪切时间对颗粒分大团聚存在,MMT粒径分布不均匀,所以在下面的布也有相同的影响。实验中采用剪切搅拌与超声波结合的方法分散,并从图2的光学显微镜照片也可以看出,分散效对分散效果用光学显微镜照片进行表征。果并不是随着剪切搅拌时间的延长而不断提高的如图3所示,MMT在EG中的分散效果并不是剪切搅拌10min时,体系中存在明显的大团聚20随着时间的增长而不断的改善的。其中在前2个循min,大的团聚减少,30min分散效果达到最佳,大的环后,还存在很大的团聚,粒径在20~30m之间;团聚较少,而此后随着时间的增长分散效果不但没在第3和第4个循环后很大的团聚消失分散状态有得到改善反而会出现一些新的大团聚。这与粒达到最好,其中第4个循环后的效果更好一些;第5径测量结果是一致的,所以在以后相关实验中采用和第6个循环后,分散效果没有明显的改善。所以高速剪切搅拌转速为1000y/mn,时间为30mn。剪切搅拌与超声波结合的分散工艺中,当剪切与超213高速剪切搅拌与超声波协同作用的效果声波作用进行4个循环时,效果最佳。超声波分散是一种强度很高的分散手段。(a)剪切超声协同1个循环(b)剪切超声协同2个循环()剪切超声协同3个循环剪切超声协同4个循环e)剪切超声协同5个循环(剪切超声协同6个循环图3EG/MMT剪切与超声波协同不同循环次数分散效果光学显微镜照片Fig 3 Dispersion effect optical microscope photoes of EG/ MMT shear and ultrasonic coperative with different cycle number21.43种分散方法分散效果对比较磁力搅拌有明显提高,主要体现在没有很大(20通过考察时间对磁力搅拌剪切搅拌剪切搅拌m以上)的团聚粒子的平均粒径小,分散更均匀与超声波协同这3种分散工艺分散效果的影响确定在剪切30min与剪切超声波协同4个循环的对比每种分散方法的最佳时间,现对这3种方法的较好分中,可以看出,4个循环后的粒径大小没有什么太大散效果进行比较以便确定效果更好的工艺组合。的差别但是4个循环中的团聚现象比剪切30min从测定的结果可以看出剪切搅拌及剪切超声的少一些,而且体系更加均匀。因此,在3种分散方波协同4个循环对钠基MMT在EG中的分散效果法中,剪切超声波4个循环的效果最好其次是剪切聚酯工业第23卷搅拌30min。另外,磁力搅拌结果得出MMT在EC沉降法,通过大粒子的沉降分层,将下层的沉降取中浸泡过夜有利于下一步分散所以将浸泡过夜作出剩下混合溶液进行抽滤烘干,这样得到的MMT为进行物理分散前的工艺基础,于是便得到了更优粒径较小,从而可以初步去除大团聚。的物理分散工艺:磁力搅拌浸泡24h→剪切搅拌与MMT经过磁力搅拌没泡24h,剪切搅拌与超声超声波协同4个循环波协同4个循环处理,静置20min后烧杯底部出现2.2蒙脱土沉降分级效果及分析沉淀厚度不超过1mm,到60min时厚度近2mm采用3种物理分散方法虽然能得到相对较好取样时上与中均在混合液区,下的样品在沉淀区中的均匀分散体系,但是无法消除体系中的大的团聚,取。图4中(a1),(a2),(a3),(bl),(h2),(b3),分散效果不能得到更大的改善。所以,考虑通过剪(c1),(c2),(c3)分别为静置0min,30min,60min,切超声波协同4个循环来分散钠基MMT,然后采用120min时的上、中、下层样品。(a1)沉降0min上层0min中层(a3)0min下层(b1)沉降60min上层中方(b360min下层(cl沉降120min上层(c2)120min中层(c3)120min下层图4 EG/MMT经过剪切超声波协同4次循环沉降不同时间不同层显微镜照片Fig 4 Different layer optical microscope photoes of EG/MMT by shear and ultrasonic cooperative 4 timescycle with different sedimentation time随着时间的增加沉淀出现溶液开始分层,而协同作用4个循环分散效果最好,大团聚较少且体且在溶液的上中下三部分中取样对比可以看出,总系较均匀在此基础上对E/MMT体系进行沉降分体粒子的运动趋势是大粒子向下部沉淀,下层的大级处理,可以得到更好的分散体系。粒子逐渐增多团聚在一起,而中上层的大粒子逐渐减少到没有分散良好。因此沉降法可以将大粒子参考文献:去除,从而获得粒径更小的钠基MMT,为下一步的[1] Won Joon Choi, Hejoon Kim, Kwan Han Yoon,aa. Preparation实验做好基础and Barrier Property of Poly( ethylene terephthalate)/Clay nano-composite using clay-supported catalyst[ J]. J Appl Palym Se3结论2006,100:48754879在磁力搅拌高速剪切以及高速剪切和超声波21mawg,sd, Kat suiko Takagihybrids with improved tensile strengh[ J]. Materials Letters,2003协同作用3种分散方法中,高速剪切搅拌和超声波第l期史君等:蒙脱土在乙二醇中的分散性研究[3]王娜乔生儒杨斌PET/纳米T02复合材料制备及其物理性材料与工程,2002,4(18):181-187能[].有色金属,2007,59(4):37[8]宋森杨胜林李光等微细导电粉体碘化亚铜在乙二醇中的[4]李佳民孙勇张兆国纳米粉体的分散[].科技信息200分散性研究[门].功能高分子学报,204,6(2):21521923(6):18[9]王书运纳米颗粒的测量与表征[刀]微纳电子技术,2005,42[5]李志远高阻隔PET的制备与性能表征[D].北京:北京航空(1):3741航天大学,2008[10]聂聪PET/ Sh-OMMT复合材料实验研究[D].北京:北京航[6陈晓瞢王鲁民纳米AT0在制备抗静电PET单体EG中的分空航天大学,2008散性[刀,纺织学报,208,6(29):16[l高镰孙静刘阳桥纳米粉体的分散及表面改性[M].北京7]王锐纳米SO2在PET单体EG中的分散性研究[刀高分子化学工业出版社,2003Study on the dispersibility of MMT in EGSHI Jun, HAO Xiang NIE Cong WANG Xiao-qun?'(L. Beijing University of Chemical Technology, School of Science, Beijing 10013, China2. School of Material Science And Engineering, Beihang University, Beijing 100083, ChinaAbstract: When EG was used as a dispersion medium, the effects of dispersion methods on the dispersibility of MMtin EG were studied. The dispersibility was characterized by using laser particle analyzer and optical microscope. Theresults show that a good disperse system is obtained by cooperating high speed shear stiming and ultrasonic dispersionmethod. Based on the sedimentation of the system, some big agglomerates are eliminated effectivelyKey words: MMT; EG; dispersioncococoeeeococecococococpcococococococococacocecacacacocacacocoeocoo书讯·〈聚酯生产技术资料汇编〉自20世纪70年代以来,我国先后从国外引进了一批先进的聚酯及其原料生产装重已形成聚酯生产的强大工业体系。为了总结和文流生产经验,消化吸收引进技术,进步促进我国聚酯工业的发展,在199年由“全国聚酯生产技术协作组”组织国内有关企业、科研单位、和大专院校的专家、教授撰写,由《聚酯工业》编辑部出版的反映世界和§我国聚酯科研、生产状况的《聚酯生产技术资料汇编》,为我国聚酯生产科研、教学的科8技人员和管理人员提供了一本实用性很强和价值很高的参考书。、本书为压膜装A开本,200千字,定价88元/本(含邮费)现代纺织工程丛书第一部《聚酯纤维科学与工程中国纺织出版社2001年出版SBN5064-165046·1317中国工程院院士季国标先生作序,著名化纤工程专家郭大生,王文科编著内容提要:全面介绍聚酯纤维生产所需的理论和面临的实践问题:在理论研究方8面,数学模拟了各种纺丝过程,以求量化生产工艺过程;在装置研究方面,重点说明了纺8丝装置的设计原理和技术要求,并给出部分重要参数;在技术管理方面较全面地介绍国内外高速卷绕设备的操作和维护以及部分设计原理;在工程技术方面,列举了常用的工Q程技术经验数据。8本书内容广泛,实用性强,是聚酯纤维工程建设和生产技术研究的一本很好的工具8书,可供化纤专业师生和工程技术人员阅读。本书为精装16开本,68页。购价:108元整。邮购办法:请将书款通过邮局汇至《聚酯工业》编辑部款到发书地址:大连市七贤岭任贤街1号邮编:1160238电话:018930:8023传真:(0411)84793322ecececececececececececececececocecececececececcec