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无机复合防火玻璃之亲水性纳米SiO2颗粒的筛选

作者:杨幼然 等日期:2021-07-06浏览:106
导读:低固含、高黏度的SiO2分散液无法作为高性能K2O·nSiO2基无机防火层材料的前驱体使用。

杨幼然课题组初选了国内外16种不同规格的亲水性纳米SiO2颗粒作为实验用基础材料制备纳米SiO2分散液,随着亲水性纳米SiO2颗粒添加量的增加,体系的黏度迅速增加,如图1所示,部分样品固含量仅为20%左右时,其黏度已经超过5000 mPa·s,接近蜂蜜,甚至部分样品像泥浆一样黏稠结块,无法继续增加体系的固含量。

图1 SiO2分散液黏度与固含量的关系图

图1 SiO2分散液黏度与固含量的关系图

从图1(a)中可以看出: 1#、3#样品的固含量仅为25%左右,其黏度已经超过50 000 mPa·s;同时通过对4#样品的体系黏度m与固含量C的关系拟合,如图1(b)所示,可以满足公式(1)的表述:

m = 0.32824 C^3.67685(1)

这些低固含、高黏度的SiO2分散液无法作为高性能K2O·nSiO2基无机防火层材料的前驱体使用,研究发现:在体系固含量相同的条件下,亲水性纳米SiO2颗粒的比表面积越大,分散液体系的黏度就越大;羟基含量越高,分散液体系的黏度也越大。这主要是因为在颗粒粒径相同的条件下,比表面积越大,说明颗粒内部的空洞体积越大,也就越容易吸收体系中的水分,导致体系黏度迅速上升;由于羟基是亲水性基团,含量越多,越容易将体系中的自由水吸附在其表面,导致体系黏度迅速增加。

将上述分散体系在室温20 ℃条件下静置1周后,发现部分样品的稳定性下降,出现沉降的现象,具体结果如表1所示。

表1 纳米SiO2分散液稳定性

由表1可以看出, 11#、13#两个样品室温20℃放置一周后,发生了明显的沉降,如图2所示。

图2 SiO2分散液沉降室温放置1周后的沉降图片

图2 SiO2分散液沉降室温放置1周后的沉降图片

其中13#样品已经完全凝胶化,没有流动性。研究发现:在相同条件下,体系的黏度是影响稳定性的关键因素,粒径越小、比表面积越大、羟基含量越高,体系的黏度就越大,稳定性就越好。如果SiO2颗粒在体系中受到的浮力与其自身的重力差别不大,再加上其表面羟基间存在的电荷位阻效应,可以阻止颗粒的进一步团聚,该体系可以长时间稳定存放;但随着体系固含量的增加,SiO2颗粒的团聚也就越明显,如果粒径较大,一旦团聚后的重力大于体系的浮力,就会导致体系失稳,发生沉降。

文章来源:杨幼然, 杨磊, 穆元春. 基于原位反应法制备新型复合防火玻璃技术的研究[J]. 玻璃, 2020(9): 1-7

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