超声波对氟金云母剥离细化作用的研究

　　在声学上, 超声波一般定义为频率大于20kHz的一种波[1], 广泛应用于塑料、珠光颜料、光学玻片、电容器、变阻器、保险丝、绝缘器、吸附剂、灭火器、混凝土和纳米技术等领域[2]。超声波对金属表面的腐蚀作用很早就被人们认识到, 并被广泛用于超声清洗中。超声波由于对固体颗粒的分散作用及对团聚体的破碎作用也被普遍用于固体粉料的分散中。在这些应用中, 超声波的功率一般都比较小, 对固体的粉碎作用是有限的[3]。随着大功率超声的发展, 超声波对固体的粉碎作用日益引起了人们的重视, 相应的研究也不断深入, 如超声对固体表面的冲扫、腐蚀[4];对生物细胞和大分子的破碎作用[5]; 医疗中人体结石的粉碎[6]; 对环三亚甲基三硝胺等能量材料破碎[7]等方面的研究。

　　人工合成氟金云母由于其质地纯净、白度高、无毒, 广泛用于化妆品和涂料市场。用作珠光颜料的云母粉, 其表面要求光滑, 光泽较好。但现有云母粉碎工艺常用轮碾机, 在轮碾的机械作用下, 难免会对云母片的表面有所划伤, 影响了它的光学效果。而且,已经分剥的云母在机械重压下还会重叠在一起。本文中利用超声波的空化作用、微射流作用, 把氟金云母剥离细化成片形微粉, 这种无损伤粉碎新工艺, 与现用云母粉碎工艺相比, 具有能耗低、云母表面光洁、径厚比大的特点。

　　1 实验部分

　　1.1 原料

　　实验采用某公司提供的氟金云母, 粒度约15μm, 相对密度在2.70～2.85之间, 白度>90%, 其化学组成见表1。试剂A, 有机溶剂, 在本实验中为分散介质; 试剂B, 无机盐, 在本实验中为助磨剂; 实验过程中所用的水均为自来水。

　　1.2 仪器

　　实验所用的超声仪器为CSF-1A型超声波仪,频率为20kHz, 功率为100W; HN-1006型超声波仪, 频率为20kHz, 功率为300W。为了粉碎充分, 将锥形瓶固定在超声装置的槽内, 并用冷水浴使整个反应温度保持在室温左右。

　　采用GTB-85型勃氏透气比表面积测定仪测定比表面积, 取空隙率η=0.72, 采用MasterSizer 2000激光粒度测定仪粒度分布。

　　2 实验结果与分析

　　2.1 分散介质对超声波细化云母的影响

　　表2中1#、2#样是在100W功率下、超声时间为20min、颗粒浓度为18.7%时水与有机溶剂作为分散介质的不同效果。可以看出, 分散介质对超声波作用效果影响很大, 1#样经超声粉碎20min后与未超声作用的原样相比较, 比表面积变化不大。从粒度分布来看, 累积分布曲线几乎重合, 这说明在此功率条件下, 超声波在水介质中对云母粉的剥离细化作用很弱。但是, 添加了极性介质A的2#样, 比表面积显著增大。这可能是由于云母表面是疏水的, 水的表面张力大, 在云母层与层之间很难润湿, 在试剂A的润湿作用下, 超声波的空化作用使得在云母粉层与层之间产生的微小空化泡破裂, 产生高速微射流, 使氟金云母产生摩擦、剥离和撞击作用。