摘要
非水相泡沫在石油化工、功能性材料、生物医药等领域具有广泛的应用前景。然而，因其自身较低的表面张力和低相对介电常数导致其发泡性能极差，制约着相关工程作业的发展。纳米二氧化硅颗粒作为拥有特殊物理化学性质的纳米级固体颗粒，在泡沫领域中具有光明的前景和优势。目前仍需大量的实验去探究非水相泡沫的基础理论，本文主要开展纳米二氧化硅颗粒粒径大小对非水相溶剂发泡性能的影响。首先，采用St(o)ber法制备了不同粒径大小的纳米二氧化硅颗粒，考察了反应参数对纳米二氧化硅颗粒粒径的影响;进一步采用二氯二甲基硅烷改性二氧化硅纳米颗粒，确定最佳改性工艺条件;最后，选取不同粒径大小的纳米二氧化硅颗粒在不同极性的溶剂体系中制备泡沫，探究颗粒粒径大小对溶剂发泡性能的影响规律。主要研究结果如下: (1)实现了对纳米二氧化硅颗粒粒径的调控。通过控制反应温度制备出纳米SiO2颗粒作为“种子”，然后借助种子再生原理利用St(o)ber法进行“种子再生长”。种子制备阶段:反应温度增大，纳米二氧化硅颗粒增大。反应温度从40 ℃升高到60 ℃时，其粒径由10 nm增至20 nm;种子再生阶段:随着反应时间的增大，粒径先增大后趋于平缓，反应时间从2h增至20 h时，其粒径由37 nm增至180 nm;随着种子分散液增大，纳米二氧化硅颗粒的粒径减小。种子分散液用量从0.1 g/mL增至0.8 g/mL，其粒径由180 nm减至25 nm;随着催化剂含量的增大，纳米二氧化硅颗粒粒径增加。催化剂用量从为0.2 g增大到0.8 g，其粒径从35 nm增至80 nm。 (2)实现了对纳米二氧化硅颗粒的表面改性。改性工艺的最佳反应温度为80℃，最佳反应时间为140 min。固定其他最佳改性工艺条件不变，通过调控改性剂与纳米二氧化硅的质量比对不同粒径的纳米二氧化硅颗粒(10 nm、25 nm、40 nm、80 nm、120 nm)进行疏水化改性，其接触角最大改性至120°。 (3)揭示了纳米二氧化硅颗粒粒径大小对不同极性溶剂发泡性能的影响规律。一定粒径范围内，减小纳米二氧化硅颗粒粒径有利于泡沫的形成，且纳米二氧化硅颗粒粒径越小，其表面张力的降低量越低。结果发现:采用10 nm的二氧化硅颗粒形成的泡沫含气率最高，其范围为46.4％-76.9％。25 nm、45 nm、80 nm和120 nm的二氧化硅颗粒制备的泡沫体积依次减小，其含气率范围依次为42.3％-72.7％、37.5％-70％、28.5％-66.6％、25％-62.5％。溶剂极性越大，其发泡性能越好。水、甘油和甲酰胺属强极性溶剂，发泡性能强，乙二醇、乙酸苄酯和α-溴萘为中极性，均可发泡，十二烷和甲苯是非极性溶剂，不能起泡。水、甲酰胺、甘油、乙二醇、乙酸苄酯和α-溴萘表面张力的最大降低量依次为40.54 mN/m、26.99 mN/m、24.78 mN/m、14.93 mN/m、7.50mN/m和6.46 mN/m。
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