第七章粉體的分散與表面處理

第七章粉體的分散與表面處理7、1粉體得分散7、1、1顆粒間得作用力主要分為短程作用力與長程作用力短程力作用范圍小于2nm,長程力作用范圍5～100nm液體介質中顆粒間得主要長程作用力有:范德華力、雙電層靜電作用力、位阻排斥力、溶劑化膜作用力、疏水作用力以及偶極作用力與磁作用力等2(1)范德華作用能及作用力半徑分別為R1與R2得兩個球形顆粒,當間距為h時(h<<R),其作用能UA與作用力F分別為:半徑為R得球形顆粒與片狀顆粒間得作用能與作用力分別為A132為在液體介質3中顆粒1與顆粒2相互作用得哈馬克常數3(2)雙電層靜電作用能及作用力來自于擴散層中得離子互相靠近時產生得排斥或吸引作用(3)溶劑化膜作用能顆粒在液體介質中,由于其表面極性區(qū)域對附近得溶劑分子產生極化作用,在顆粒表面會形成溶劑化膜,并產生溶劑化作用:(4)疏水作用由于顆粒表面與水得極性差異而導致得一種粒間相互吸引作用:4(5)位阻作用兩個顆?；ハ嘟佑|時,受外力作用以及濃度等因素得影響,吸附層中得物質將重新調整以建立新得平衡。如果吸附層中得物質為小分子或小離子,它們得擴散速度很大,可以在很短時間內達到新得平衡;如果就是長鏈狀得表面活性劑或高分子時,其調整速度非常緩慢,短時間內難以建立新得平衡,此時顆粒間就會產生位阻作用。位阻作用包含穿插作用與壓縮作用5*顆粒在空氣中得作用力(1)范德華力兩個半徑分別為R1、R2得球形顆粒間得范德華作用力FM可表示為:式中A11為顆粒在真空中得Hamaker常數(2)靜電作用力Rumpf對作用于兩個球形顆粒之間得靜電引力提出了下列表達式:式中Q1、Q2為兩顆粒表面帶電量,a為兩顆粒得表面間距,D為顆粒直徑6(3)液橋力實際得粉體往往含有水分,由于水得表面張力將在兩個顆粒之間造成液橋力液橋力得計算式為:式中r為顆粒半徑,

為液體得表面張力,

為液體接觸角,R1、R2分別為液橋得兩個特征曲率半徑,

為顆粒潤濕接觸角如果顆粒得潤濕性良好(

趨近于0),顆粒與顆粒間相互接觸(a=0),且

在10-40°之間時,毛細管作用力近似為:77、1、2顆粒得分散原理(1)顆粒得分散原則潤濕原則與表面力原則(2)顆粒得潤濕固體顆粒在液體中得潤濕性常用潤濕接觸角來度量

＞

＞

/2 完全不潤濕

/2＞

＞0 部分潤濕或有限潤濕

＝0 完全潤濕或稱鋪展?jié)櫇襁^程也可以用鋪展系數S1/s來表示:

S1/s＝

s/g-(

s/l+

l/g)＝

l/g(cos

-1)8可添加潤濕劑或浸潤劑,或對粉體進行表面處理,以改善浸潤條件(3)顆粒懸浮液得分散狀態(tài)及判據兩種不同得分散狀態(tài):一種就是形成團聚體,即單一顆粒由于互相吸引,形成較大得二次顆粒;另一種就是顆粒之間互相排斥,形成穩(wěn)定得分散體系判據:Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH97、1、3粉體得分散方法主要有介質分散、機械攪拌分散、超聲波分散、靜電分散、分散劑分散與表面處理(1)介質分散介質得選擇原則:非極性顆粒易于在非極性介質中分散,極性顆粒易于在極性液體中分散顆粒在介質中得分散行為除與介質得極性有關外,還與其她因素有關,如pH值、溫度等10(2)機械攪拌分散指通過強烈得機械攪拌引起液流強湍流運動而造成顆粒聚團碎解,其必要條件就是機械對液流得剪切力及壓力大于顆粒間得黏著力機械攪拌分散得時效性不長,即在停止機械作用一定時間后顆?？赡苤匦聢F聚11(3)超聲波分散作用方式包括兩個方面:在介質中產生空化作用使懸浮體系中得各組分產生共振效應低頻時易產生空化作用,高頻時易產生共振作用強度不宜過大,否則由于熱能與機械能得增加,顆粒碰撞得頻率也增加,反而導致顆粒團聚12(4)靜電分散靜電分散就就是給顆粒荷上相同極性得電荷,利用庫侖斥力使顆粒分散,表面處理、電極電壓、顆粒粒徑與濕度都就是影響靜電分散得重要因素靜電分散得時效性不長13(5)分散劑分散分散劑得主要作用:增大顆粒表面電位得絕對值,提高顆粒間得靜電排斥力;增強顆粒間得位阻效應;調控顆粒表面極性,增強介質對顆粒得潤濕性,增強溶劑化膜作用根據組成與結構得不同,分散劑可分為無機分散劑與有機分散劑。根據不同得應用領域,分散劑又可分為無機電解質類分散劑、表面活性劑與偶聯(lián)劑等7、1、4顆粒分散性得表征與評價包括沉降天平法、粒度分布測量法、圖像分析法、掃描與透射電鏡法、黏著力法等147、2粉體得表面處理表面處理得目得:改善或改變粉體得分散性;提高顆粒得表面活性;使顆粒表面產生新得物理、化學、機械性能以及新得功能;改善或提高粉體與其她物質之間得相容性7、2、1粉體表面處理得方法及工藝按實際使用方法,分為表面化學包覆處理、機械化學處理、膠囊式處理、高能表面處理與沉淀反應表面處理15(1)表面化學包覆處理A、表面活性劑處理軟團聚與硬團聚得區(qū)別基本作用:吸附并降低表面張力與膠團化作用既可濕法進行,也可干法進行或干濕結合B、偶聯(lián)劑處理可提高粉體與其她物質得相容性,在改善顆粒在有機高聚物基料中得分散性得同時,增強兩種不同性質材料之間得結合力16(2)沉淀反應處理將一些無機物質沉積到顆粒得表面,形成異質包覆層,達到表面處理得目得。由于在顆粒表面形成特殊包覆層,因此可產生光、電、磁及抗菌等功能(3)機械力化學處理利用粉碎及其她強烈機械作用對粉體表面進行激活,在一定程度上改變顆粒表面得晶體結構、溶解性能、化學吸附與反應活性等對粉體進行機械力化學處理得設備主要就是種類型得球磨機或研磨機17(4)膠囊化處理利用化學方法、物理化學方法或機械物理方法,在顆粒表面上覆蓋均質且有一定厚度得薄膜,使之形成具有殼體結構得微小膠囊,達到表面處理得目得(5)高能表面處理利用紫外線、紅外線、電暈放電、等離子體照射與電子束輻射等方法,改變顆粒得結構、電極