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异相凝聚(heterocoagulation)是制备功能性复合微粒的主要方法之一。大部分异相凝聚源于相反电荷的静电作用、疏水效应、氢键和π-π等分子间作用诱导,但是,迄今为止,几乎所有报道只涉及两种粒子之间的异相凝聚,而制备多组分复合微球一般也通过两种粒子的逐步凝聚。本文考察了苯丙树脂(R)、蜡(WP)和颜料(MP)三组分乳液混合体系在不同条件下的共凝聚行为,分析了凝聚体粒径调控方法,试图为异相凝聚法制备彩色墨粉提供科学依据。
采用元素分析仪、差示扫描量热仪(DSC)、光学和电子显微镜(SEM,TEM)等分析了凝聚颗粒中各组分含量及凝聚结构。结果表明,复合乳液体系中各组分的凝聚效率远高于单一组分,单一蜡乳液在整个pH可调范围内很稳定,几乎不发生凝聚,但是在复合乳液体系中其凝聚效率甚至高于稳定性较差的苯丙乳液。TEM观察发现,这种高效的协同凝聚效应源于低pH下带正电的颜料粒子包覆粒径较大、带负电的蜡微粒,导致体系整体失稳。以组分比为R/MP/WP=89.9/5.6/4.5的复合乳液体系为研究对象,通过凝聚过程中凝聚颗粒的粒径、形态及凝聚率的变化,结合DLVO胶体稳定理论对凝聚过程进行了分析。利用TurbiscanLab(R)Expert稳定性分析仪分析得到复合乳液体系的临界絮凝浓度,当凝聚剂浓度高于临界絮凝浓度时,势垒消失,粒径增大,凝聚率提高。凝聚温度对凝聚粒子的粒径有着重要的影响,颗粒粒径随着凝聚温度的升高呈指数增长,但由于静电斥力的增加凝聚率不发生变化;另外凝聚时间影响凝聚颗粒的粒径分布,随着时间的延长,颗粒表面能量均化得到的粒径分布较窄。提高搅拌速率使得凝聚颗粒的粒径减小,凝聚率提高。固含量增加凝聚颗粒粒径减小,但当固含量大于10%时,由于粘度增加,剪切作用增强,使得粒径分布较宽。
随着凝聚剂Al2(SO4)3的浓度增高,凝聚速率加快,凝聚率提高。且Al2(SO4)3的凝聚速率低于硫酸,需要一定的时间才可达到凝聚平衡。无机盐类凝聚剂的离子价越高,凝聚能力越强。