Preparation and characterization of sterically and electrostatically stabilized TiO2 suspensions

Abstract

oz Bu çalışmanın amacı kararlı yapıda olan Ti02 tozlarının su içindeki davranışlarını incelemektir. Su bazlı boyalar çevresel olarak daha güvenlidir ve, organik çözücülerle olanların yerini alması beklenmektedir. Dört değişik ticari titanyum dioksit kullanılmıştır ve bunlar değişik özelliklerdedir. Yanlız bir adet yüksek molekül ağırlıklı yüzey aktif maddesi kullanılmış olup, yüksek molekül ağırlığına sahiptir.Bütün süspansiyonlar %5,10 ve 20 hacimce titanyum dioksit içeren oranlarda hazırlanmış ve ayn bir çalışmada ağırlıkça %0,1 'den %0,5 'e yüzey aktif maddesi girilerek süspansiyonların kararlılıkları incelenmiştir. Bu çalışmayı analiz edebilmek için iki ölçüm metodu kullanılmıştınbiri akış ile ilgili,diğeri ise sedimentasyon özellikleri ile ilgilidir.Dört farklı tozla hazırlanmış olan süspansiyonların kararlı oldukları belirli pH aralıkları vardır.Bu aralıklarda reolojik yapı dilatant yapı gösterirken, oluşan çökeltinin yüksekliğinin kısa olması ve çökeltinin ise yoğun bir yapıda olması beklenir.Kararlı olduğu aralıklarda üç değişik bölge beklenir;`supernatant`,`fallingzone` ve `sediment`. Çalışmanın sonucunda, alüminyum oksit ile kaplanmış olan C (%95 TİO2 içeriği ile %5 AI2O3 kaplaması vardır) tozunun bulunduğu süspansiyon bazik ortamlarda, daha kararlı yapı vermektedir. Saf haldeki rutil G (%99 saf TİO2 ) tozu ile hazırlananlar ise pH=2 ve bazik ortamlarda kararlıdır. Anatas olan E ve F tozlan (%99 saf TİO2 ) yanlızca bazik ortamlarda kararlı yapı göstermektedir ve F tozunun aralığı daha geniştir.Reolojik ve sedimentasyon davranışlarının incelenmesi süspansiyonların davranışlarının daha kolay anlaşılır hale gelmesini sağlamaktadır ve çökeltilerin sahip oldukları sıklıklarının oranlan %50-60 lardadır. m

ABSTRACT The aim of this study was the investigation of stable TİO2 powder suspension formation in water. The water based paints are environmentally safe and expected to replace organic based solvents. Four different commercial titania pigment powders with different characteristics were used. Only a high molecular weight surfactant was used. Suspensions were prepared for four titania powders at 5, 10, and 20 % by volume solid content and the same suspensions were used in the investigation of the effects of the surfactant on the stability of suspensions. The surfactant was added in the range of 0.1 to 0.5 % by weight of pigment.Two characterization methods were used in the analysis: sedimentation and rheological characterization. It has been found that there are some stable pH ranges for the suspensions prepared by four TİO2 powders. In these ranges, it is expected to behave as dilatant - shear thickening and the sediment was densely packed. Three zones, sediment, falling and supernatant zones, were observed in disperse suspensions.. As a result of this, the pH ranges of these powders in water is observed visually. If it has rutile structure in powder C G (95% Ti02 content, 5% A1203 coated), it works very well in basic mediums. Also rutile powder G (99% TİO2 content, uncoated), it is expected at pH=2 and basic mediums. The anatase powders,E and F (both are 99% TİO2 content, uncoated), are stable in basic mediums. The F has wider stable zone than the powder E. The results of this work have shown that rutile alumina coated powder C suspensions were stable in basic media. Rutile powder G suspensions were stable at pH=2 and basic media. Anatase powders E and F were stable in basic media with powder F being stable in a wider pH range. The combined analysis of sedimentation -rheological behaviour of suspensions were found to be very helpful in understanding the suspension behaviours. Relatively high sediment packing densities in the 50-60% of theoretical titania density were obtained for some of the suspensions.