第七章粉体的分散与表面处理

第七章粉体的分散与表面处理7、1粉体得分散7、1、1颗粒间得作用力主要分为短程作用力与长程作用力短程力作用范围小于2nm,长程力作用范围5～100nm液体介质中颗粒间得主要长程作用力有:范德华力、双电层静电作用力、位阻排斥力、溶剂化膜作用力、疏水作用力以及偶极作用力与磁作用力等2(1)范德华作用能及作用力半径分别为R1与R2得两个球形颗粒,当间距为h时(h<<R),其作用能UA与作用力F分别为:半径为R得球形颗粒与片状颗粒间得作用能与作用力分别为A132为在液体介质3中颗粒1与颗粒2相互作用得哈马克常数3(2)双电层静电作用能及作用力来自于扩散层中得离子互相靠近时产生得排斥或吸引作用(3)溶剂化膜作用能颗粒在液体介质中,由于其表面极性区域对附近得溶剂分子产生极化作用,在颗粒表面会形成溶剂化膜,并产生溶剂化作用:(4)疏水作用由于颗粒表面与水得极性差异而导致得一种粒间相互吸引作用:4(5)位阻作用两个颗粒互相接触时,受外力作用以及浓度等因素得影响,吸附层中得物质将重新调整以建立新得平衡。如果吸附层中得物质为小分子或小离子,它们得扩散速度很大,可以在很短时间内达到新得平衡;如果就是长链状得表面活性剂或高分子时,其调整速度非常缓慢,短时间内难以建立新得平衡,此时颗粒间就会产生位阻作用。位阻作用包含穿插作用与压缩作用5*颗粒在空气中得作用力(1)范德华力两个半径分别为R1、R2得球形颗粒间得范德华作用力FM可表示为:式中A11为颗粒在真空中得Hamaker常数(2)静电作用力Rumpf对作用于两个球形颗粒之间得静电引力提出了下列表达式:式中Q1、Q2为两颗粒表面带电量,a为两颗粒得表面间距,D为颗粒直径6(3)液桥力实际得粉体往往含有水分,由于水得表面张力将在两个颗粒之间造成液桥力液桥力得计算式为:式中r为颗粒半径,

为液体得表面张力,

为液体接触角,R1、R2分别为液桥得两个特征曲率半径,

为颗粒润湿接触角如果颗粒得润湿性良好(

趋近于0),颗粒与颗粒间相互接触(a=0),且

在10-40°之间时,毛细管作用力近似为:77、1、2颗粒得分散原理(1)颗粒得分散原则润湿原则与表面力原则(2)颗粒得润湿固体颗粒在液体中得润湿性常用润湿接触角来度量

＞

＞

/2 完全不润湿

/2＞

＞0 部分润湿或有限润湿

＝0 完全润湿或称铺展润湿过程也可以用铺展系数S1/s来表示:

S1/s＝

s/g-(

s/l+

l/g)＝

l/g(cos

-1)8可添加润湿剂或浸润剂,或对粉体进行表面处理,以改善浸润条件(3)颗粒悬浮液得分散状态及判据两种不同得分散状态:一种就是形成团聚体,即单一颗粒由于互相吸引,形成较大得二次颗粒;另一种就是颗粒之间互相排斥,形成稳定得分散体系判据:Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH97、1、3粉体得分散方法主要有介质分散、机械搅拌分散、超声波分散、静电分散、分散剂分散与表面处理(1)介质分散介质得选择原则:非极性颗粒易于在非极性介质中分散,极性颗粒易于在极性液体中分散颗粒在介质中得分散行为除与介质得极性有关外,还与其她因素有关,如pH值、温度等10(2)机械搅拌分散指通过强烈得机械搅拌引起液流强湍流运动而造成颗粒聚团碎解,其必要条件就是机械对液流得剪切力及压力大于颗粒间得黏着力机械搅拌分散得时效性不长,即在停止机械作用一定时间后颗粒可能重新团聚11(3)超声波分散作用方式包括两个方面:在介质中产生空化作用使悬浮体系中得各组分产生共振效应低频时易产生空化作用,高频时易产生共振作用强度不宜过大,否则由于热能与机械能得增加,颗粒碰撞得频率也增加,反而导致颗粒团聚12(4)静电分散静电分散就就是给颗粒荷上相同极性得电荷,利用库仑斥力使颗粒分散,表面处理、电极电压、颗粒粒径与湿度都就是影响静电分散得重要因素静电分散得时效性不长13(5)分散剂分散分散剂得主要作用:增大颗粒表面电位得绝对值,提高颗粒间得静电排斥力;增强颗粒间得位阻效应;调控颗粒表面极性,增强介质对颗粒得润湿性,增强溶剂化膜作用根据组成与结构得不同,分散剂可分为无机分散剂与有机分散剂。根据不同得应用领域,分散剂又可分为无机电解质类分散剂、表面活性剂与偶联剂等7、1、4颗粒分散性得表征与评价包括沉降天平法、粒度分布测量法、图像分析法、扫描与透射电镜法、黏着力法等147、2粉体得表面处理表面处理得目得:改善或改变粉体得分散性;提高颗粒得表面活性;使颗粒表面产生新得物理、化学、机械性能以及新得功能;改善或提高粉体与其她物质之间得相容性7、2、1粉体表面处理得方法及工艺按实际使用方法,分为表面化学包覆处理、机械化学处理、胶囊式处理、高能表面处理与沉淀反应表面处理15(1)表面化学包覆处理A、表面活性剂处理软团聚与硬团聚得区别基本作用:吸附并降低表面张力与胶团化作用既可湿法进行,也可干法进行或干湿结合B、偶联剂处理可提高粉体与其她物质得相容性,在改善颗粒在有机高聚物基料中得分散性得同时,增强两种不同性质材料之间得结合力16(2)沉淀反应处理将一些无机物质沉积到颗粒得表面,形成异质包覆层,达到表面处理得目得。由于在颗粒表面形成特殊包覆层,因此可产生光、电、磁及抗菌等功能(3)机械力化学处理利用粉碎及其她强烈机械作用对粉体表面进行激活,在一定程度上改变颗粒表面得晶体结构、溶解性能、化学吸附与反应活性等对粉体进行机械力化学处理得设备主要就是种类型得球磨机或研磨机17(4)胶囊化处理利用化学方法、物理化学方法或机械物理方法,在颗粒表面上覆盖均质且有一定厚度得薄膜,使之形成具有壳体结构得微小胶囊,达到表面处理得目得(5)高能表面处理利用紫外线、红外线、电晕放电、等离子体照射与电子束辐射等方法,改变颗粒得结构、电极