其中Kb为氨在水中的解离常数,C为氨的浓度。已知氨在水中的解离常数为Kb=1.78×
l0-5,则可求得不同氨浓度下的初始OH一离子浓度。说明随着体系中OH一离子浓度逐渐增大,水解反应进行得更为充分,水解速度较快带动了缩聚速度,最后的颗粒生长较充分,半径增大。这样,粒径随氨浓度的增加而增大就可归因于较快的缩合速率,即粒子表面的硅烷醇基团去质子作用加快的结果。根据表3.1所示,氨水用量为5ml时,二氧化硅溶胶的粒径大小合适,PDI值也很好。
3.1.2 氨水加料式对二氧化硅溶胶粒径的影响
氨水加料的方式分为两种:直接加入和滴加,注射方式直接影响氨水在反应体系中的浓度,因此,在氨水用量的单因素实验中选取两个粒径相近的单因素(氨水用量分别为5ml和8ml),其他条件不变,改变加料方式,并测量样品的粒径和多分散性指数。
(1) 氨水用量为5mL
表3.2 氨水加料方式对二氧化硅溶胶粒径的影响
氨水注射方式 粒径d(nm) 多分散性指数(PDI)
滴加 110.7 0.013
直接加入 337.4 0.075
图3.2 不同加料方式下二氧化硅溶胶粒径图(氨水量5ml)(a-滴加,b-直接加入)
(2) 氨水用量为8mL
表3.3氨水加料方式对二氧化硅溶胶粒径的影响
氨水注射方式 粒径(d)/nm 多分散性指数(PDI)
滴加 112.0 0.016
直接加入 323.1 0.154
图3.3 不同加料方式下二氧化硅溶胶粒径图(氨水量8ml)(a-滴加,b-直接加入)
数据结果表明:将氨水直接加入所制得的二氧化硅溶胶粒径分布不均匀,且比滴加所得二氧化硅溶胶粒径要大得多,氨水在短时间内浓度很大,加速TEOS的水解和聚合反应,从而产生更多的微核并促进发生缩聚反应,使生成的二氧化硅颗粒粒径增大,而氨水浓度由于过大,从而使得微球的球形不规整,分散性较差。根据表3.2和表3.3所示,利用滴加加料所得到的二氧化硅溶胶粒径大小合适,分散性好。
3.1.3 TEOS用量对二氧化硅溶胶粒径的影响
TEOS的浓度直接影响TEOS的水解速率,TEOS的水解缩合为一释放出乙醇的动态平衡反应,水解速度的大小会影响溶胶的均匀性与分散性,因此,要设计一组单因素实验,并测样品的粒径与多分散性指数。
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