（物理化學(xué)專(zhuān)業(yè)論文）改性固體表面的物理化學(xué)性質(zhì)研究.pdf

4 、帥他人# 順卜學(xué)位淪殳 獨(dú)創(chuàng)聲明 “人小叫所 炎n 勺。學(xué)位論艾址本入伍錚卿指導(dǎo)f 進(jìn)行的研究，【 1 ；及取褂的研究成 糶。叭我所知除了文t l 特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)炭 或撰。j 過(guò)的研究成柴，也 i 包含為獲得( 注：如沒(méi)有其他需要特別聲 l i j j f 0 小社i r - i i ) 或je 他教厶機(jī)構(gòu)的學(xué)似或b | _ s 餿川過(guò)的材料。，我川。l ：f 1 ；f i 勺州忠對(duì) 小卅所做的f f - 負(fù)獻(xiàn)均l 紅論文中作了叫確的說(shuō)明爿：表示謝意。 化論艾f 1 ：輯銘乳； 露薛 導(dǎo)! j l i j 簽字 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 穆多 l 4 ：警似淪艾f 1 ：櫛j 芒個(gè)了解堂撞錒天?？?、使川學(xué)位論義的規(guī)定，仃權(quán)縱科j ：| f u 1 1 家t j 天；i f ：f j i 戈機(jī)構(gòu)送變淪史的復(fù)e 俐：和磁舭，允r l ：論文被俞i ；2 j 和f m 列。本人授權(quán)堂 奠一：_ j g j f t f t 侖迂的個(gè)琊或f l j 分內(nèi)秤編入訂父數(shù)扒t ：j i 進(jìn)i j ：榆索。j 以震川影印、約“印 或 l 臀復(fù)制r 段像仃、n 編學(xué)位淪文。( 保密的學(xué)位淪艾在解密后遼j j 術(shù)授儀一峙) ? 化淪遷柏：櫛錳釤：索黿 導(dǎo)師簽字 銘，：li | l i j ：2 ( j ( ) 7f r 牛j jf gii 簽j l | 姍：2 ( ) ( ) 71 ：乒) j 心 勿紗 ，五 _彳叫、 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高，在對(duì)材料的表面保 護(hù)和表面強(qiáng)化研究不斷深入的過(guò)程中，逐漸形成了表面改性技術(shù)。表面改性是通 過(guò)有目的地改變表面物理化學(xué)性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)改進(jìn)功能、改善或提高材料的 應(yīng)用性能以滿足當(dāng)今新材料、新技術(shù)的要求。同時(shí)，表面改性也是節(jié)約能源和資 源的重要途徑，例如僅通過(guò)對(duì)建筑裝飾材料的表面進(jìn)行改性就能使其摩擦力發(fā)生 變化，達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。材料的疲勞斷裂、磨損、腐蝕、氧化、輻射損傷等， 般都是從表面開(kāi)始的，因此表面改性可以以最低的經(jīng)濟(jì)成本來(lái)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。 此外，各類(lèi)改性劑的開(kāi)發(fā)合成、改性劑與基體間的作用研究、各種評(píng)價(jià)方法對(duì)不 同材料不同改性劑的適應(yīng)性問(wèn)題也正在做更深入的研究和探討。表面改性不僅己 成為表面化學(xué)中的熱門(mén)課題，也是界面工程中的重要研究課題之一。 表面化學(xué)改性通過(guò)表面改性劑與材料表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)吸附的方式 完成改性，改變固體表面的潤(rùn)濕性、界面張力及電性質(zhì)等使固體表面性質(zhì)得到提 高，以增強(qiáng)材料性能。這是目前生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的改性方法。 本文固體改性研究?jī)?nèi)容分為兩個(gè)部分：第一章，磨光花崗巖表面化學(xué)改性與 摩擦力改變的相依性；第二章，地表黏附石油的無(wú)污染分離。 第一章主要是以磨光花崗巖為例研究堅(jiān)硬的固體表面的防滑、增強(qiáng)，主要內(nèi) 容如下： ( 1 ) 合成了一種用無(wú)色無(wú)味水溶性的復(fù)合有機(jī)硅材料。該復(fù)合有機(jī)硅材料 能與主要成分是硅酸鹽的花崗巖磨光表面反應(yīng)形成烷基硅氧結(jié)構(gòu)，在基材表面上 生成一層幾個(gè)分子厚的不溶性防水透氣膜，逐漸形成化學(xué)吸附膜。 ( 2 ) 采用表面接觸角、紅外光譜、透射電子顯微鏡、電滲等方法對(duì)經(jīng)復(fù)合 有機(jī)硅材料改性后的花崗巖表面性質(zhì)作出了表征評(píng)價(jià)，結(jié)果表明改性后花崗巖表 面憎水性明顯提高，微觀形狀趨于顆粒變小、均勻，表面電負(fù)性降低。 ( 3 ) 通過(guò)測(cè)定改性前后花崗巖磨光表面的摩擦系數(shù)和抗凍融性，表明改性 后防滑、增強(qiáng)效果顯著。 ( 4 ) 我們認(rèn)為復(fù)合有機(jī)硅材料提高見(jiàn)水就滑的花崗巖表面摩擦力，增加光 滑硬表面的防滑能力是由于反應(yīng)形成的膜具有很低的表面張力，以及改變了花崗 巖的表面勢(shì)能。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章主要是以粘土( 砂) 為例研究疏松固體表面無(wú)污染油砂分離。主要內(nèi) 容如下： ( 1 ) 研究并合成了一種油一土分離處理劑。 ( 2 ) 通過(guò)脫油效率實(shí)驗(yàn)證明油一土分離處理劑能夠有效分離黏附在砂子表面 的石油，并且使油中不含水，水中不含油，土壤中不含油。 ( 3 ) 通過(guò)巖心穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，測(cè)定巖心試樣的溶失率、水敏性及滲透率表明 油一土分離處理劑對(duì)土壤不會(huì)造成傷害，能夠防止粘土膨脹。 ( 4 ) 對(duì)比普通的使用表面活性劑的化學(xué)洗滌處理的機(jī)理，探討了油一土分離 處理劑的脫油機(jī)理。 關(guān)鍵詞：復(fù)合有機(jī)硅；表面性質(zhì)；電負(fù)性；摩擦系數(shù)；脫附；防膨：無(wú)污染分離 2 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t a 1 0 n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fh i g ha n dn e w t e c h n 0 1 0 9 y ，r e q u i r e m e n t o nc h a r a c t e r i s t i co fm a t e r i a lb e c o m e sh i g h e ra n dh i g h e r s u r f a c e m o d i f i c a t i o nt e c h n 0 1 0 9 yh a sb e e nd e v e l o p e dd u r i n gt h es t u d yo ns u r f a c e p r o t e c t i o na n ds u r f a c es t r e n g t h e n i n g s u r f a c em o d i f i c a t i o nt e c h n o l o g y i n c l u d e sc h a n g i n go np h y s i c a lp r o p e r t ya n dc h e m i c a lp r o p e r t yo fm a t e r i a l ， t h ea i mi st oi m p r o v ec h a r a c t e r i s t i co fm a t e r i a l s u r f a c em o d i f i c a t i o n t e c h n 0 1 0 9 yi so n ek i n do fm e t h o d so fe c o n o m i z i n ge n e r g ys o u r c e sa n d r e s o u r c e g e n e r a l l ys p e a k i n g ， i t i st a k ep l a c ef r o ms u r f a c es u c ha s c o r r o s i o n ，o x i d a t i o n ，a b r a s i o na n dw e a r s u r f a c em o d i f i c 8 t i o nt e c h n 0 1 0 9 y i sm o r ea n dm o r ei n l p o r t a n tn o to n l yi nc h e m i c a lb u ta l s oi ni n t e r p h a s e e n g i n e e r i n g s u r f a c em o d i f i c a t i o ni sa c c o m p l i s h e db yc h e m i c a lr e a c t i o na n d c h e m i c a la d s o r p t i o n t h i si st h ec o 唧o nm e t h o di np r o d u c t i o nn o w t h ep a p e rc o n s i s t so ft w os e c t i o n s ： i r e l a t i o n s h i po fc h a n g ei nf r i c t i o na n dc h e m i c a lr e a c t i o n so f p 0 1i s h e dg r a n i t es u r f a c e t h ep 0 1 i s h e ds u r f a c e so fg r a n i t ew o u l db e c o m es l i p p e ri nc o n t a c tw i t h w a t e r t h er e a c t i o nb e t w e e nac 0 1 0 r l e s s ， o d o r l e s s ， w a t e r s 0 1 u b l e c o m p o s i t eo r g a n i c s i l i c o nc o m p o u n da n dt h ep o l i s h e ds u r f a c eo fg r a n i t e w o u l di m p r o v et h ea n t i s k i dp r o p e r t ya n di n c r e a s ef r i c t i o nw i t h o u t c h a n g i n gt h ep o l i s h e ds u r f a c eo fg r a n i t e b e c a u s eo fi ts1 0 ws u r f a c e t e n s i o na n ds u r f a c ee n e r g y ， v a r i o u sw a t e r p r o o fa g e n t gc a nb em a d ef r o m t h ec o m p o s i t eo r g a n i c s i l i c o nc 唧o u n d c o m p o s i t eo r g a n i c s i l i c o n w a t e r p r o o fa g e n t sc a nf o r maw a t e r p r o o ff i l mb yr e a c t i n gw i t ht h eg r a n i t e s u r f a c e w i t ht h ec h a n g eo fg r a n i t es u r f a c ep r o p e r t ys u c ha sw e t t i n g ， c o u n t e rf r e e z i n g ，e l e c t r i c a lp r o p e r t ya n dm i c r o a p p e a r a n c e ，t h ef r i c t i o n f o r c eo fg r a n i t es u r f a c ea l s oc h a n g e d i i s e p a r a t i o nw i t h o u tp 0 1 1 u t i o no nc o n t a m i n a t e ds o i lb yo i l 3 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 t h e r ea r em a n ya t t e m p t sb e e nm a d et os t a b i l i z et h ec o n ta i i l i n a t e ds o i l i tw a sf o u n dt h a tt h ep 0 1 1 u t i o na n dd a 皿a g ew i t hd i f f e r e n td e g r e ew e r e o c c u r r e di nt h et r e a t m e n t s t h ea c t i v ea g e n tw a sm a d ei no r d e rt oa v o i d d a m a g eo rp o l l u t e t h ee f f e c t so ft h i st r d a t m e n ti n c l u d i n g ：d i s p l a c i n g o i l ，a n t i s w e l l i n ga n dd e m u l s i f y a tl a s t ，t h eo i l h a dn ow a t e r ，t h ew a t e r h a dn oo i l ，a n dt h e r ew e r e1 i t t l eo i li nc l a 了 k e y w o r d s ：c o l p o s i t eo r g a n i c s i l i c o n ； p r o p e r t i e so fg r a n i t es u r f a c e ； e l e c t r i c a l p r o p e r t y ； f r i c t i o nf a c t o r ； d e s o r p t i o n ；a n t i s w e l l i n g t r e a t m e n t s ； s e p a r a t i o nw i t h o u tp o l l u t i o n 4 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 符號(hào)說(shuō)明 爿比例常數(shù) ，電場(chǎng)強(qiáng)度，n c - 1 ( v m - 1 ) 液體流經(jīng)橫管的長(zhǎng)度，珊 尸破壞載荷，n ( k g f ) 曰橫管內(nèi)半徑，咖 尼凍融強(qiáng)度，m p a s 試樣受力面面積，c m 2 ，流經(jīng)橫管的時(shí)間，s 礦液體流動(dòng)的體速度，咖3 s 。1 ，固液界面之間的黏著能，n m - 1 ，表面張力，n m - 1 介電常數(shù) f 。真空電容率， 8 8 5 1 0 1 2 f m - j 7 液體的黏度，p a s 口界面間的接觸角，( 。) z 電導(dǎo)率，us c m 1 f 一電動(dòng)電勢(shì)，v k 巖樣的絕對(duì)滲透率，1 0 。l lm 2 下角標(biāo) 1 液體 s 固體 5 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章磨光花崗巖表面化學(xué)改性與摩擦力改變的相依性 1 文獻(xiàn)綜述 近年來(lái)國(guó)內(nèi)建筑裝飾的檔次不斷提高，豪華的商廈、高檔的酒店及其公共建 筑的地面，大量的采用華麗的磚石材料裝飾，比如用花崗巖磨光后作為建筑材料 鋪設(shè)地面，十分堅(jiān)硬，耐磨力強(qiáng)，而且美觀。但眾所周知，花崗巖磨光表面見(jiàn)水 就滑，隨之而來(lái)的地面防滑問(wèn)題也目漸突出。如何在不改變其堅(jiān)硬光滑表面外觀 的前提下增加摩擦力、提高防滑能力，是多年來(lái)人們一直都在探討的一項(xiàng)課題。 通常研究固體物質(zhì)表面摩擦力的變化是采用物理和機(jī)械的方法，但是利用物 理和機(jī)械的方法改變固體物質(zhì)表面摩擦力的同時(shí)也改變了外觀，而且施工復(fù)雜、 價(jià)格昂貴，由于物理黏合性的原因，易老化、開(kāi)裂、不美觀：另外利用高聚物( 例 如：聚酯) 涂覆，可以在不改變外觀的同時(shí)提高表面摩擦力，但是其強(qiáng)度降低。 近年來(lái)，人們對(duì)不改變硬表面外觀而改變摩擦力的研究多是針對(duì)兩種狀態(tài)進(jìn) 行的“3 ，其一是以表面接觸和磨損為特征的混合潤(rùn)滑式干住摩擦狀態(tài)，研究中強(qiáng) 調(diào)微表面粗糙度的作用。r u a n 和b h u s h a n 嘲利用摩擦力顯微鏡f f m ，研究石墨微觀 摩擦機(jī)理與表面形貌的關(guān)系對(duì)發(fā)現(xiàn)物質(zhì)微表面質(zhì)點(diǎn)的切向力大于法向力，即物質(zhì) 微表面質(zhì)點(diǎn)的平行形貌和立體形貌決定了物質(zhì)表面的摩擦力的大小。其二是兩硬 表面之間的黏滯現(xiàn)象引起的內(nèi)摩擦，引起兩表面黏滯現(xiàn)象的原因主要是摩擦產(chǎn)生 的表面分子位移。由于表面位移而產(chǎn)生的摩擦流變性變化其作用機(jī)理遵循流體力 學(xué)的黏著公式，即系統(tǒng)表面自由能的減少應(yīng)等于分離界面之問(wèn)的黏附功0 1 焉。fy 乒yryn 式中w 是黏著能，y ；是固體表面張力，r ，是液體表面張力，r ，是界面張力。 這種位移還與表面潤(rùn)濕有關(guān)，分離界面之間的黏附功也可以表達(dá)為 以產(chǎn)r ( 1 + c o sf ) 式中f 為接觸角。另外表面張力和表面潤(rùn)濕與物質(zhì)自有的微觀形態(tài)及表面電性質(zhì) 有關(guān)。由于迄今為止還沒(méi)有更好的測(cè)試固體表面張力的手段，用測(cè)定固體表面張 力的方法研究物質(zhì)之間的摩擦力難度很大，因此本文利用表面微觀形態(tài)及表面電 性質(zhì)的改變研究物質(zhì)之間的摩擦力的變化。 本文采用的復(fù)合有機(jī)硅是一種能與硅酸鹽表面反應(yīng)的新型化學(xué)添加劑“1 ，反 6 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 應(yīng)后形成烷基硅氧結(jié)構(gòu)，在不改變外觀的前提下其固體微觀表面形貌發(fā)生了明顯 的改變。用電滲的方法，研究了光滑花崗巖表面電性質(zhì)變化。用j 鋤e s 摩擦儀 檢測(cè)表面摩擦力隨物體表面性質(zhì)變化的變化規(guī)律。 1 1 原理 1 1 1 分散體系的電動(dòng)現(xiàn)象基礎(chǔ) 相互不溶的分散相和分散介質(zhì)構(gòu)成分散體系。最簡(jiǎn)單的分散體系是由兩相組 成的；也可以是多相體系。 其中形成粒子的相稱(chēng)為分散相，是不連續(xù)相，分散粒子所處的介質(zhì)稱(chēng)為分散 介質(zhì)，即連續(xù)相。分散的粒子愈小，則分散程度愈高，體系內(nèi)的界面積也愈大，從 熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，此類(lèi)體系也就愈不穩(wěn)定。 在外電場(chǎng)作用下帶電的分散相與分散介質(zhì)可產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)：或者在外力作用 下分散相與分散介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電位差。這就是分散體系的電動(dòng)現(xiàn)象。電 動(dòng)現(xiàn)象的研究是膠體穩(wěn)定性理論發(fā)展的基礎(chǔ)。 電動(dòng)現(xiàn)象的存在，說(shuō)明了膠體質(zhì)點(diǎn)在液體中是帶電的。質(zhì)點(diǎn)表面電荷的來(lái)源 大致有電離、離子吸附、晶格取代、非水介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)荷電等幾個(gè)方面。 在電場(chǎng)作用下，液體對(duì)固定的圓體表面電荷作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，固體可以是毛細(xì)管， 或多孔性濾板，這種現(xiàn)象叫做電滲。此時(shí)，多孔物為連續(xù)相，表面帶有某種電荷 而孔洞中的液相是高度分散的( 其中含有異電離子) ，所以也可將電滲看成是電 泳的反現(xiàn)象。 電滲在科學(xué)研究中應(yīng)用很多，在生產(chǎn)上目前應(yīng)用較少。對(duì)于一些難于過(guò)濾的 漿液( 如黏土漿、紙漿等) 的脫水可用電滲法；用金屬絲切磚坯時(shí)，為防止粘土 附于金屬絲上，可將切磚用的金屬絲連于電源負(fù)極，磚坯連于正極，因電滲可使 一層水膜附于金屬絲的表面，它起到潤(rùn)滑劑的作用，使切出的磚十分光潔。 因?yàn)槟z粒的大小常在l l o o 姍之間，故每一膠粒必然是由許多分子或原子 聚集而成的。例如用稀a g n 0 。溶液和k i 溶液制各a g i 溶膠時(shí)，由反應(yīng)生成的a g i 首先形成不溶性的質(zhì)點(diǎn)，即所謂的“膠核”( c 0 1 1 0 i d a ln u c l e u s ) ，它是膠體顆 粒的核心。研究證明，a g i 膠核也具有晶體結(jié)構(gòu)，它的表面很大，放制備a g i 溶 膠時(shí)，如a g n o a 過(guò)量，膠核易從溶液中選擇性地吸附a g + 而荷正電。留在溶液中的 n o i 離子，因受a g + 的吸引必圍繞于其周?chē)５x子本身又有熱運(yùn)動(dòng)，畢竟只可能 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 有一部分n 0 3 - 緊緊的吸引于膠核近旁，并與被吸附的a g 一起組成所謂“吸附 層”。而另一部分n 如則擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的介質(zhì)中去，形成所謂“擴(kuò)散性”。膠核與 吸附層組成“膠?！? c o l l o i d a lp a r t i c l e ) ，而膠粒與擴(kuò)散層中的反離子組成 “膠團(tuán)”( m i c e l l a ) 。膠團(tuán)分散于液體介質(zhì)中便是通常所說(shuō)的溶膠。a g i 的膠團(tuán) 結(jié)構(gòu)可表示如圖卜1 ： 瞳：蘭譬鼻迫壘塞：墮萼! 盟q 3 ： x 弋! 駕$ 砭核 吸附層擴(kuò)散層( 反離子) 、_ _ 、廠_ 膠粒 ，一 膠團(tuán) 圖卜la g i 的膠團(tuán)結(jié)構(gòu) s t e r n 認(rèn)為擴(kuò)散雙電層可分為兩層，一層為緊靠粒子表面的緊密層( 亦稱(chēng) s t e r n 層或吸附層) ，其厚度6 由被吸附離子的大小決定。顯然，在此層中電勢(shì) 變化的情況是成直線下降。另一層的濃度由本體溶液的濃度決定。由于質(zhì)點(diǎn)表面 總有一定數(shù)量的溶劑分子與其緊密結(jié)合，因此在電動(dòng)現(xiàn)象中這部分溶劑分子與粒 子將作為一個(gè)整體運(yùn)動(dòng)，在固一液相之間發(fā)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)也有滑動(dòng)面存在。吸附 層與擴(kuò)散層的交界面，稱(chēng)為滑動(dòng)面。盡管滑動(dòng)面的確切位置并不知道，但可以合 理地認(rèn)為它在s t e r n 層之外，并深入到擴(kuò)散層之中。s t e r n 模型及電勢(shì)變化如圖 卜2 所示。 面 雙e r 毯l 裁 匿卜2s c 黜雙電屢橫受及電勢(shì)交純 一 一 一 一 隧q“_j_科“表子彼 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 在足夠稀的溶液中，由于擴(kuò)散層厚度相當(dāng)大，而固相所束縛的溶劑化層厚 度通常只有分子大小的數(shù)量級(jí)，因此可近似認(rèn)為和v ，相等，并無(wú)多大誤差。 當(dāng)電解質(zhì)濃度很大時(shí)，和1 l r 。的差別也將增大，不能再視為相同了。 若質(zhì)點(diǎn)表面上吸附了非離子型表面活性劑或高分子物質(zhì)，則滑動(dòng)面明顯外 移，此時(shí)與1 l r ，也會(huì)有較大的差別。 當(dāng)溶液中含有高價(jià)反離子( c o u n t e r i o n ) 或多價(jià)的表面活性劑離子時(shí)， 質(zhì)點(diǎn)將對(duì)它們發(fā)生強(qiáng)的選擇性吸附，即在s t e r n 層中將吸附大量的這些離子，從 而使s t e r n 層的電勢(shì)反號(hào)( 圖卜3 ) ，即的電位符號(hào)將與的電位符號(hào)相反，這時(shí) 膠粒所帶電荷符號(hào)也相反。 ，“ l ，潺動(dòng)面 ：t 涉j l 1 電 ，圖l 一3s t 毫m 電位的變化 a ) 吸附高價(jià)反璃粥反號(hào)軸) 吸射翔號(hào)裔予饅岍離 z e t a 電位即電動(dòng)電位，是指從滑動(dòng)面到均勻液相( 過(guò)剩反離子為零) 之間的 電位差。膠體的電位通常是由電泳或電滲速度的數(shù)據(jù)計(jì)算的。由電滲速度數(shù)據(jù)計(jì) 算電位的方法： 液體運(yùn)動(dòng)的線速度u 與電動(dòng)電勢(shì)的關(guān)系方程為： 廠 e ，= 且船i 王 刀 式中1 1 為液體黏度，e 為外電場(chǎng)強(qiáng)度，是相對(duì)介電常數(shù)，eo _ 8 8 5 1 0 1 2 f m - 1 。 只要毛細(xì)管半徑大于雙電層的厚度，對(duì)于任意截面的毛細(xì)管體系均可適用。 為了便于實(shí)際運(yùn)用，用體積速度v 代替線速度u ，則有： v 妒_ ，礦 皇= 【，二= 上r ，= 比，i r 2 = 工，r ，萬(wàn)2 9 x 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 式中r 和l 是毛細(xì)管的半徑和長(zhǎng)度，u 是毛細(xì)管兩端的電勢(shì)差，i 是電流強(qiáng)度 p 是電導(dǎo)率，x ，是液體的電導(dǎo)率，r 是電阻。 可得： 廠：堡魚(yú) 7 拓毛 毛細(xì)體系與體相溶液比較電導(dǎo)率的增加稱(chēng)為表面電導(dǎo)，以k 。表示。 用式( 6 1 1 ) 計(jì)算電勢(shì)時(shí)引入隔膜效率系數(shù)a ： d ：蘭! 圣 r ， = d 式中 即式f 2 等未加表面電導(dǎo)校正計(jì)算出的弛 1 1 2 防滑、增強(qiáng)理論基礎(chǔ) ( 1 ) 花崗巖見(jiàn)水就滑及凍融損傷的原因分析 花崗巖見(jiàn)水就滑是由于在高濕度( 5 0 9 6 9 8 ) 范圍，一方面由于接觸區(qū)水膜 減弱了范德瓦耳斯力和基本鍵合力，使得接觸區(qū)的黏著力減小，導(dǎo)致初始摩擦力 減?。毫硪环矫?，由于水膜急劇增厚后具有流體膜的潤(rùn)滑作用，使得摩擦系數(shù)隨 相對(duì)濕度的增大而逐漸減小嘲。 花崗巖、磚石建筑物的損壞，大多是由于水分侵入所致。水可以使鹽分由材 料的內(nèi)部遷移到外部，從而使建筑物表面風(fēng)化起鹽霜，水可以引起材料發(fā)生霜凍 和解凍，如果長(zhǎng)時(shí)期受空氣中水分的漫濕，就會(huì)使墻壁遭受干、濕交替的高應(yīng)力， 引起表面開(kāi)裂，水可以使墻壁發(fā)霉并可腐蝕鋼筋。此外，水還可以挾帶污染物和 灰塵，使建筑物受臟污。 研究表明，巖石在不同溫度條件下的凍融循環(huán)作用下質(zhì)量變化不明顯，但其 強(qiáng)度、剛度及變形特性均有較大變化。損傷擴(kuò)展的機(jī)理是：吸水飽和的花崗巖、 磚石等硅酸鹽類(lèi)建材，其毛細(xì)孔中的水在負(fù)溫下發(fā)生物態(tài)變化，由水轉(zhuǎn)變成冰， 體積膨脹9 ，因受毛細(xì)管壁約束形成膨脹壓力，從而在孔周?chē)奈⒂^結(jié)構(gòu)中產(chǎn) 生拉應(yīng)力m 。這種壓力會(huì)損傷建材內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，使巖石中產(chǎn)生新的裂隙，而 原先存在的宏觀、微觀裂隙變寬、擴(kuò)展，破壞巖石的結(jié)構(gòu)，降低巖石的密實(shí)度和 1 0 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 顆粒間的連接，從而導(dǎo)致了巖石宏觀強(qiáng)度、剛度的下降，變形的增大。經(jīng)過(guò)反復(fù) 多次凍融循環(huán)后，由于巖石中裂隙增大、增多，使其剛度和密實(shí)度下降，孔隙體積 增加，損傷逐步積累不斷擴(kuò)大，發(fā)展成互相連通的裂縫，使花崗巖、磚石建才的 強(qiáng)度逐漸降低，最后甚至完全喪失。表現(xiàn)為試樣壓縮過(guò)程中，相同軸壓下的軸向、 徑向應(yīng)變?cè)龃?。凍融過(guò)程中，由于新裂隙的產(chǎn)生，巖石表面發(fā)生剝落，從而表現(xiàn)為 多次凍融循環(huán)后試件的質(zhì)量略有下降嘲。 ( 2 ) 防滑、增強(qiáng)理論基礎(chǔ) 根據(jù)上述分析可知，花崗巖見(jiàn)水就滑及凍融損傷的主要原因就是花崗巖表 面親水，導(dǎo)致形成水膜，防滑、增強(qiáng)的基本原理就是改變花崗巖表面的親水性， 提高憎水性。 以界面潤(rùn)濕性質(zhì)及界面電性質(zhì)變化為依據(jù)，我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣一種復(fù)合有機(jī) 硅化合物，復(fù)合有機(jī)硅在花崗巖表面的羥基反應(yīng)，在多孔的硅酸鹽材料表面及毛 細(xì)管o3 內(nèi)壁形成層均勻且結(jié)合緊密的硅氧烷化學(xué)膜，而有機(jī)基團(tuán)則排列在表 面。由于有機(jī)基團(tuán)憎水性強(qiáng)，使水分與管壁的接觸角發(fā)生改變，阻礙了水分通過(guò) 毛細(xì)管向花崗巖試塊內(nèi)部滲透，放花崗巖表面抗水透氣。這是復(fù)合有機(jī)硅處理后 的花崗巖試塊的憎水性和強(qiáng)度性能均大大增加的原因。 而且花崗巖表面上吸附了非離子型表面活性劑或高分子物質(zhì)，則滑動(dòng)面明 顯外移，表面電位數(shù)值減小，電負(fù)性降低，也就增大了花崗巖表面與負(fù)性表面 物體( 行走材料如皮革) 界面之間的吸附力，提高了界面之間的摩擦系數(shù)，達(dá)到 防滑效果。 1 2 表面改性效果評(píng)價(jià) 。 1 2 1 表面改- 陛效果的表征評(píng)價(jià) 改性效果的表征評(píng)價(jià)是表面改性領(lǐng)域的重要研究課題之一，表面性質(zhì)的變化 是評(píng)價(jià)改性效果的最重要依據(jù)，固體表面改性后，由于其表面性質(zhì)發(fā)生變化，其 吸附、潤(rùn)濕、分散、表面電住等一系列性質(zhì)都將發(fā)生變化。固體表面的性質(zhì)可直 接由分散粒子，也就是粉體的表面性質(zhì)所決定，可通過(guò)表面潤(rùn)濕性、紅外光譜、 透射電子顯微鏡、電滲等手段表征評(píng)價(jià)改性效果“”。 1 2 1 1 表面潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)法 ( 1 ) 潤(rùn)濕 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 潤(rùn)濕過(guò)程可分為三類(lèi)：沾濕、浸濕及鋪展。 沾濕指液體與固體接觸，變液氣界藹和固氣界面為固液界面的過(guò)程 ( 圖卜4 ) 。 一例 圖1 4 沾濕過(guò)程 s 一固相；i 廣液相；9 一氣相 浸濕指固體浸入液體中的過(guò)程。該過(guò)程的實(shí)質(zhì)是固氣界面為固液界面 所代替，而液體表面在此過(guò)程中無(wú)變化，如圖卜5 所示。 g 圖卜s 授濕過(guò)程 g 鋪展此過(guò)程的實(shí)質(zhì)是在以固液界面代替固氣界面的同時(shí)，液體表面也 同時(shí)擴(kuò)展，如圖卜6 。 g 1 2 圖1 6 液體在固體上的鋪展 l 沾濕：睨= ，一y 軋+ y l g o 浸濕：形= y 跖一y 血o l 鋪展：s = ，s g 一，乳一y l g o 刨何 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)，能鋪展則必能沾濕、浸濕。反之，貝i j 不然。因而常以鋪展系 數(shù)為體系潤(rùn)濕性的指標(biāo)。 ( 2 ) 接觸角 表面潤(rùn)濕性的直接表征方式是界面接觸角。 將液體滴子固體表面上，液體或鋪展而覆蓋固體表面，或形成一液滴停于其 上，如圖卜7 。在固、液、氣三相交界處，自固液界面經(jīng)過(guò)液體內(nèi)部到氣液界 面的夾角叫做接觸角，以。表示。平德接觸角與固氣、圄液、液氣界面自由 能之間有如下關(guān)系： 垴一k 2 圪口c 9 s 嗣 此式最早是t y o u n g 在1 8 0 5 年提出的，習(xí)慣上稱(chēng)為楊氏方程。它是潤(rùn)濕的 基本公式，亦稱(chēng)為潤(rùn)濕方程“”1 ， 圖l 一7 捩漓接觸角 將潤(rùn)濕方程用于黏附功、浸潤(rùn)功和鋪展系數(shù)方程可得如下結(jié)果： ， i 睨= y 5 口一+ 蘆= 蘆硌( 1 + c o ；國(guó) i 月= 尥e 一地= c 。s 曰 i s = y 船一y 越一y z 口= y f ( c a 5 茸一1 ) 因此原則上說(shuō)，測(cè)定液體表面張力和接觸角，即可得到黏附功、黏附張力及 鋪展系數(shù)的數(shù)值。而且接觸角的大小是很好的潤(rùn)濕標(biāo)準(zhǔn)。顯然，接觸角越小則潤(rùn) 濕性能越好。因此，比較接觸角的大小，便可對(duì)改性效果做出評(píng)價(jià)。 各種類(lèi)型的潤(rùn)濕能否進(jìn)行的判斷如下： 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 沾濕：阡0 = ，l g ( 1 + c o s 目) o ， 浸濕：形= 廠工gc o s 臼o ， 鋪展：s = 扎_ g ( c o s 口一1 ) o ， 曰1 8 0 。 呂9 0 。 占so 。 在用接觸角表示潤(rùn)濕性時(shí)，習(xí)慣上將o = 9 0 。定為潤(rùn)濕與否的標(biāo)準(zhǔn)：日 9 0 0 叫做不潤(rùn)濕；e 9 0 0 則叫做潤(rùn)濕，e 越小潤(rùn)濕性能越好；平衡接觸角e = 0 0 或不 存在，則叫做鋪展。 1 2 1 2 紅外光譜 紅外光譜( i r ) 是研究分子結(jié)構(gòu)( 特別是有機(jī)物) 的主要物理方法之一。不 論何種分子，只要有某種官能團(tuán)或鍵，在紅外光譜圖中都會(huì)產(chǎn)生與該官能團(tuán)或鍵 相對(duì)應(yīng)的特征吸收峰。因此通過(guò)改性前后紅外光譜圖的變化就可評(píng)價(jià)改性效果， 現(xiàn)已廣泛用于表面改性領(lǐng)域，主要用于研究其作用機(jī)理m 1 。 1 2 1 3 透射電子顯微鏡 透射電子顯微鏡( t r a n s m i s s i o ne 1 e c t r o nm i c r o s c o p e ) 是把經(jīng)加速和聚集的 電子束投射到非常薄的樣品上，電子與樣品中的原子碰撞而改變方向，從而產(chǎn)生 立體角散射。散射角的大小與樣品的密度、厚度相關(guān)，因此可以形成明暗不同的 影像。通常，透射電子顯微鏡的分辨率為0 1 0 2 衄，放大倍數(shù)為幾萬(wàn)百萬(wàn) 倍，用于觀察超微結(jié)構(gòu)。 1 2 1 4 界面電性質(zhì) 界面電性質(zhì)的改變是表面改性中的新興領(lǐng)域。如在造紙過(guò)程中，改變礦物表 面荷電性質(zhì)的改性可增加其與反電荷的紙張纖維的結(jié)合強(qiáng)度，從而提高紙張力學(xué) 性能和造紙過(guò)程中礦物填料的留著率“”。本文探討了磨光花崗巖表面電性質(zhì)與摩 擦力改變的相依性。 1 2 2 表面改性效果的應(yīng)用評(píng)價(jià) 材料改性效果的應(yīng)用評(píng)價(jià)，應(yīng)針對(duì)不同的材料選擇不同的指標(biāo)和方法。對(duì)于 使用磚石防滑、增強(qiáng)復(fù)合有機(jī)硅材料對(duì)花崗巖表面的改性，我們結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程中 的反應(yīng)原理，從便于工業(yè)化生產(chǎn)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行有效控制的角度出發(fā)，而且 充分考慮了用戶的使用要求，確定了以摩擦系數(shù)、凍融強(qiáng)度作為其防滑、增強(qiáng)效 果的應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)；檢驗(yàn)方法則是根據(jù)硅酸鹽的物理性質(zhì)參照了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)g b t 1 4 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 9 9 6 6 卜2 0 0 1 天然飾面石材凍融循環(huán)后壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)方法、美國(guó)a s t md 2 0 4 7 9 9 用j 鯽e s 機(jī)測(cè)量涂擦亮劑的地板表面的靜態(tài)摩擦系數(shù)的試驗(yàn)方法，力爭(zhēng)做到 合理、簡(jiǎn)便、先進(jìn)，并在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定的。 美國(guó)是地面安全性能研究最早的國(guó)家，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量最多，測(cè)試儀器的種類(lèi)最 全，也是最早將摩擦系數(shù)用于司法判定的國(guó)家。 我國(guó)對(duì)于鋪設(shè)地面的光滑花崗巖與其他硬固體表面的防滑還沒(méi)有建立相關(guān) 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)的相關(guān)a s t m 標(biāo)準(zhǔn)也是從1 9 9 9 年才開(kāi)始建立，本文 參照美國(guó)a s t md 2 0 4 7 9 9 標(biāo)準(zhǔn)，利用美國(guó)a s 伽標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的摩擦系數(shù)( c o f ) 來(lái)表征 花崗巖光滑硬表面的防滑能力，這個(gè)指標(biāo)的范圍是o 1 ( 見(jiàn)圖卜8 所示) 。靜 摩擦系數(shù)在o 8 以上為非常安全，o 6 o 7 9 為安全，o 5 o 5 9 為相對(duì)安全， o 4 0 4 9 為危險(xiǎn)，0 3 5 o 3 9 為非常危險(xiǎn)，0 0 0 0 3 4 為極度危險(xiǎn)。并依此 為據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)局備案的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一般的未處理的花崗巖、瓷磚或大理石等材料 干燥表面摩擦系數(shù)在o 3 0 4 之間，沾水后的潮濕表面則低至0 2 ，在這樣的 未處理材料的濕表面上行走是極度危險(xiǎn)的。 圖卜8 美國(guó)a s t h 時(shí)舞隹規(guī)定的摩擦系數(shù) 2 實(shí)驗(yàn)、結(jié)果、討論 2 1 實(shí)驗(yàn)儀器與材料 ( 1 ) 主要實(shí)驗(yàn)儀器 紅外光譜儀( s p 3 2 0 0 ) ；接觸角測(cè)定儀( p a r d 一型) ；材料試驗(yàn)機(jī)“”；日 立h _ _ 8 0 0 型透射電子顯微鏡( t e m ) ；電滲裝置( 自制，見(jiàn)圖卜9 ) ；j a i n e s 摩擦 儀；烘箱( d h g 一9 0 5 3 a ) 。 1 5 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖卜9 電滲裝置 f i g 1 9 e 1 e c t r 0 0 s m o s i sa p p a r a t u s 1 一s t a b i l i z e d c u r r e n ta n ds t a b i l i z e d v o l t a g ee l e c t r p h o r e t i c a p p a r a t u s ( d y y i i i 一8 bm o d e l ) ；2 p t e l e c t r o d e ；3 。u t y p ep i p e ； 4 i r o n s u p p o r ts t a n d ( 2 ) 主要實(shí)驗(yàn)材料 復(fù)合有機(jī)硅：用于花崗巖表面改性的無(wú)色透明的水溶性復(fù)合有機(jī)硅是由烷基 硅醇鈉、陽(yáng)離子聚電解質(zhì)、滲透劑組成，使用濃度由試樣的表面積決定。 花崗巖：板材，磨光山東萊州珍珠花花崗巖板材，該花崗巖板材受力面用 細(xì)砂紙拋光，平行度在0 0 8 脅以內(nèi)，相鄰邊垂直度誤差不大于o 5 0 ，試樣不 允許掉棱掉角并且不能有可見(jiàn)的裂紋；粉體，花崗巖粉體分別為7 0 、9 0 、1 0 6 2 2 實(shí)驗(yàn)、結(jié)果與討論 2 2 1 復(fù)合有機(jī)硅的制備及其與花崗巖表面的化學(xué)作用 2 2 1 1 復(fù)合有機(jī)硅的制備 復(fù)合有機(jī)硅的主要成分是水溶性烷基硅醇鈉，它是以烷基鹵硅烷為原料制備 的陋蝴。 覡卜p 芒。h 罵半呲 r s i c l 3 卜r 一 卜- o h j 豎業(yè)+ 叫卜o n a o h 6 h 另外配以陽(yáng)離子聚電解質(zhì)和滲透劑。 2 2 1 2 復(fù)合有機(jī)硅與花崗巖表面的化學(xué)作用 復(fù)合有機(jī)硅與花崗巖表面的化學(xué)作用主要是烷基硅醇與花崗巖( 主要成分是 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 硅酸鹽) 的羥基表面發(fā)生了不可逆的化學(xué)反應(yīng)，由于烷基硅醇是不穩(wěn)定的油溶性 物質(zhì)，無(wú)法涂覆，故用水溶性烷基硅醇鈉涂覆于花崗巖表面。烷基硅醇鈉在含有 二氧化碳的空氣中分解為烷基硅醇，烷基硅醇與花崗巖表面形成烷基硅醚，因而 可在基材表面形成一層聚硅氧烷化學(xué)膜，其反應(yīng)機(jī)理如圖卜l o 所示“”；為了防止 副產(chǎn)物碳酸鈉在改性后的花崗巖表面吸附和滲透，所以加入了能絮凝碳酸鈉的陽(yáng) 離子聚合物，以便于碳酸鈉被水沖掉，同時(shí)陽(yáng)離子聚合物還起到交聯(lián)和改變表面 電性質(zhì)的作用；而滲透劑則能夠增強(qiáng)烷基硅醇在花崗巖表面的滲透性，并提高處 理深度。 o ho h 2 艮 i 一0 n a + c 0 2 + h 2 0 一2 r - i o h + n 8 2 c 0 3 o h 婦 “) rrrr = 0 h0 h0 h0 h ( 1 ) + 口_ 和_ 唧 凈乃胃哼乃_ 舅哮刀劈 ”： f i 一0 i o 一i o 一i o 一i 一0 _ - i a 卜爭(zhēng)i o 一i o lti 圖卜1 0 烷基硅醇鈉在花崗巖表面形成聚硅氧烷化學(xué)膜的反應(yīng)機(jī)理 2 2 2 復(fù)合有機(jī)硅與花崗巖表面化學(xué)反應(yīng)的測(cè)定 利用紅外光譜確定改性后花崗巖粉末的化學(xué)改變。 ( 1 ) 用于測(cè)定改性花崗巖紅外光譜的樣品處理 將7 0pm 花崗巖粉體用3 o 濃度的復(fù)合有機(jī)硅充分浸泡，自然放置2 4h 以后放入烘箱內(nèi)，6 0 下烘干2h ，再用水充分沖刷后進(jìn)行紅外光譜測(cè)定，并 與未改性粉體進(jìn)行對(duì)比。 ( 2 ) 紅外光譜測(cè)定結(jié)果與討論 1 7 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖卜1 1 改性前后花崗巖的紅外光譜圖 f i g 1 一1 1a b r i d g e dg e n e r a lv i e wo fi r a i ro fg r a n i t ep o w d e rw i t h o u th a n d l i n g ； b i ro fg r a n i t ep o w d e ra f t e rh a n d l i n g 由紅外光譜的測(cè)定結(jié)果圖卜1 1 可知，與原粉體相比，改性后的粉體在2 9 1 9 、 2 8 6 lc m l 處出現(xiàn)了有機(jī)烴中的c h ( c h 。一和一c h 2 一) 的吸收峰，花崗巖表面發(fā)生了化 學(xué)反應(yīng)，確實(shí)得到改性。 2 2 3 復(fù)合有機(jī)硅改性花崗巖表面性質(zhì)的測(cè)定 2 2 3 1 改性花崗巖表面憎水性變化 表面憎水性交化的直接表征方式是界面潤(rùn)濕角的改變，改性表面在極性液體 中氣泡的接觸角越大，說(shuō)明表面憎水性越強(qiáng)。 ( 1 ) 用于測(cè)定改性花崗巖潤(rùn)濕角的樣品處理 將3 o 濃度的復(fù)合有機(jī)硅均勻涂覆在片狀花崗巖上，靜置2 4h 并沖洗干凈。 利用“氣泡法”測(cè)量水中的氣泡在片狀花崗巖表面的接觸角口，做3 個(gè)平行試驗(yàn)， 取f 的平均值，精確到0 1 。，并與未改性板材進(jìn)行對(duì)比。 ( 2 ) 接觸角測(cè)定結(jié)果與討論 1 8 罰躅 ( a ) ( b ) 圖卜1 2 花崗巖表面改性前后接觸角示意圖 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 f i g 1 1 2a b r i d g e dg e n e r a lv i e wo fc o n t a c ta n 9 1 e ( a ) g r a n i t ew i t h o u th a n d l i n g ，口= 3 7 6 0 ； ( b ) g r a n i t ea f t e rh a n d l i n g ，口= 7 1 4 0 由圖卜1 2 可知，經(jīng)復(fù)合有機(jī)硅改性后，花崗巖對(duì)水的接觸角由改性前的3 7 6 0 增大到7 1 4 0 ，這說(shuō)明改性使花崗巖表面的接觸角變大，提高了表面的憎水性。 2 2 3 2 改性花崗巖強(qiáng)度性能的變化 由于水在凍融條件下體積會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致花崗巖的結(jié)構(gòu)被破壞，而使其強(qiáng) 度降低。凍融強(qiáng)度( 尼) 是花崗巖在水中浸泡，不同溫度條件下花崗巖強(qiáng)度性能 改變的重要指標(biāo)，參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。o 進(jìn)行凍融強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。 ( 1 ) 用于測(cè)定改性花崗巖凍融強(qiáng)度的樣品處理 用3 0 的復(fù)合有機(jī)硅均勻涂覆花崗巖板材各個(gè)側(cè)面，靜置2 4h ；將試樣用 清水洗干凈，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行凍融強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。 r j = p s 式中尸為破壞載荷；s 為試樣受力面面積。多次測(cè)量取其平均值，并與未改性板 材比較。 h ( 2 ) 凍融強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果與討論 所測(cè)定的凍融強(qiáng)度平均值數(shù)據(jù)見(jiàn)表卜1 ?？梢钥闯?，普通花崗巖試塊凍融強(qiáng) 度較小為8 0 3m p a ，雨經(jīng)復(fù)舍有機(jī)硅處理后的花崗巖試塊，凍融強(qiáng)度增加到1 2 4 6 m p a 。這也進(jìn)一步說(shuō)明了由于憎水性增強(qiáng)、防滲水性增強(qiáng)使花崗巖強(qiáng)度增加。 表卜l 花崗巖改性前后凍融強(qiáng)度值的測(cè)定值 t a b l e1 1 f r e e z e t h a ws t r e n g t h w i t h o u th a n d l i n g a f t e rh a n d l i n g 8 0 3 1 2 4 6 2 2 3 3 改性花崗巖表面形貌的變化 透射電子顯微鏡是通過(guò)電子線照射在被測(cè)物質(zhì)上，穿透物質(zhì)呈像，即高分辨 電子顯微圖，從而分析物質(zhì)微觀形狀的改變。 ( 1 ) 用于測(cè)定改性花崗巖透射電鏡的樣品處理 1 9 生壟塹蔓盔蘭嬰主蘭壘絲苧 將9 0 m 花崗巖粉體分為4 等份，分別用o 、3 0 、5 o 、1 0 o 濃度的復(fù) 合有機(jī)硅浸泡3 d ，自然放置2 4h 并用水沖洗干凈后，放入烘箱內(nèi)，在5 0o c 下 烘干1h ，制成樣品1 、2 、3 和4 ，待測(cè)透射電鏡。 ( 2 ) 透射電鏡測(cè)定結(jié)果與討論 樣品1 圖卜1 3 ( a ) ，形貌為片狀，顆粒粗大，粒徑分布不均勻；樣品2 圖 卜1 3 ( b ) 形貌為顆粒狀，顆粒小，粒徑分布比較均勻，顆粒周?chē)形轿铮粯?品3 圖卜1 3 ( c ) ，形貌為顆粒狀，顆粒小，粒徑分布均勻，顆粒周?chē)形?物；樣品4 圖卜1 3 ( d ) ，形貌比較復(fù)雜，有的為片狀，有的為顆粒狀，且粒 徑分布大小不均勻?？梢?jiàn)，在一定濃度條件下的復(fù)合有機(jī)硅改性劑不僅附著于花 崗巖顆粒表面，且使花崗巖由大的片狀細(xì)化成小的有序粒狀形貌，而使平滑的硬 的微觀表面變的凹凸不平，增加了花崗巖微觀表面的立體結(jié)構(gòu)。但是如果復(fù)合有 機(jī)硅改性劑的濃度太大其立體形貌反而不明顯 如圖卜1 3 ( d ) 。 復(fù)合有機(jī)硅的主鏈結(jié)構(gòu)與硅酸鹽結(jié)構(gòu)相似，它們之間具有較強(qiáng)的化學(xué)親和 力，同時(shí)復(fù)合有機(jī)硅上的活性基團(tuán)與硅酸鹽的羥基反應(yīng)，在多孔的硅酸鹽材料表 面及毛細(xì)管嘲內(nèi)壁形成一層均勻且結(jié)合緊密的硅氧烷化學(xué)膜，而有機(jī)基團(tuán)則排列 在表面。由于有機(jī)基團(tuán)憎水性強(qiáng)，使水分與管壁的接觸角發(fā)生改變，阻礙了水分 通過(guò)毛細(xì)管向花崗巖試塊內(nèi)部滲透，故花淺巖表面抗水透氣。這也是復(fù)合有機(jī)硅 處理后的花崗巖試塊的憎水性和強(qiáng)度性能均大大增加的原因。 山東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( c ) s 硼p l e3( d ) s a n l p l e4 圖卜1 3 透射電鏡測(cè)定結(jié)果 f i g 1 1 3t e mp h o t oo ft h ep a r t i c l es i z e 2 2 3 4 復(fù)合有機(jī)硅改性花崗巖表面電性質(zhì)的變化 用電滲可確定與液體接界的固體表面電荷的正負(fù)，測(cè)量液體流動(dòng)速度并可以 計(jì)算固液滑動(dòng)面上的電動(dòng)電勢(shì)嘲( ；電位) 。液體流動(dòng)速度與f 電位的關(guān)系為 = n vx i eeo 忙瓢產(chǎn)l f t 斌中j 7 為液體的黏度；，為電場(chǎng)強(qiáng)度；丘為電導(dǎo)率；p 為介電常數(shù)( f 。= 8 8 5 1 0 1 2 f m - 1 ) ；礦為液體流動(dòng)的體速度，為液體流經(jīng)橫管的長(zhǎng)度；，為橫管內(nèi) 半徑；t 為流經(jīng)橫管的時(shí)間。 ( 1 ) 用于測(cè)定改性花崗巖表面電性質(zhì)的樣品處理及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 用電子天平稱(chēng)量4 等份1 0 6l i m 花崗巖粉體，分別用濃度為o 0 0 0 5 、o 0 0 1 、 o 0 0 5 、o 0 1 的復(fù)合有機(jī)硅溶液充分浸潤(rùn)，自然放置2 4h 并用水沖洗千掙后， 放入烘箱內(nèi)在6 0 下烘干2h 。參照有關(guān)電滲實(shí)驗(yàn)刪，測(cè)定與經(jīng)過(guò)復(fù)合有機(jī) 硅處理后的花崗巖的電位有關(guān)的體積流速。為了精確讀數(shù)，需要在u 型管一側(cè)加 一個(gè)內(nèi)徑適度的帶有刻度的橫管。在本實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)處理的花崗巖粉末作為分散 介質(zhì)，水作為分散相。將處理過(guò)的適量花崗巖通過(guò)漏斗放置到干燥潔凈的u 型管 底部，在u 型管兩側(cè)分別緩慢滴加去離子水。測(cè)水平，使兩側(cè)