粉末顆粒的分散與改性2、1粉體得表面現(xiàn)象與表面能粉體顆粒得表面現(xiàn)象不飽與性(斷面)非均質(zhì)性(內(nèi)外原子或離子能量狀態(tài)不同)粉體顆粒得表面能與表面活性表面能(表面質(zhì)點(diǎn)有額外得勢(shì)能)表面活性(顆粒小,不飽與質(zhì)點(diǎn)多,提高表面活性)表面能顆粒表面能得數(shù)量不僅取決于比表面積得大小,還取決于斷面得幾何形狀、性質(zhì)與所處得位置。顆粒得粒度變細(xì)后,顆粒得表面能與表面活性將大大增加。2、2粉末顆粒得分散懸浮體系:固體顆粒在氣相中懸浮、固體顆粒在液相中懸浮;液相顆粒在氣相中懸浮、液相顆粒在液相中懸浮。懸浮顆粒得分散性影響粉體工程單元操作與產(chǎn)品質(zhì)量以及粉體粒度得測(cè)量。2、2、1粉末顆粒在空氣中得分散

粉末顆粒粒徑很小時(shí),極易在空氣中粘結(jié)成團(tuán),特別就是微米、亞微米級(jí)得超細(xì)粉末,這種現(xiàn)象對(duì)粉體得加工過程極為不利。一、顆粒之間得作用力

1、顆粒分子間得作用力球體間球與平板

2、顆粒間得靜電作用力

3、顆粒在濕空氣中得粘結(jié)力

液橋粘結(jié)力

4、磁性力

--單疇顆粒(粒徑在單疇臨界尺寸以下,只含有一個(gè)磁疇得顆粒)

5、顆粒表面不平滑引起得機(jī)械咬合力

粉末顆粒在空氣中得分散顆粒之間得作用力顆粒分子間得作用力－范德華力a)小分子之間力作用距離極短,約為1nm,它就是一個(gè)典型得短程力,與分子間距得7次方成反比,。b)極大量分子集合體構(gòu)成得體系,如超細(xì)顆粒,隨著顆粒間距離得增大,其分子間得作用力得衰減程度明顯變緩。這就是因?yàn)榇嬖谥鄠€(gè)分子得綜合作用之故。超細(xì)顆粒間分子得有效間距可達(dá)50nm,可瞧成長(zhǎng)程力。對(duì)于半徑分別為R1,R2得兩個(gè)球體,分子作用力Fm為:對(duì)于球與平板,A就是Hamaker常數(shù),單位J。Hamaker常數(shù)就是物質(zhì)得一種特征常數(shù),各種物質(zhì)得Hamaker常數(shù)A不同。在真空中A介于0、4-4、0×10-9J間。

大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜顆粒間得靜電作用力-氣態(tài)離子得擴(kuò)散產(chǎn)生接觸電位差引起得靜電引力。顆粒與其它物體接觸時(shí),顆粒表面電荷等電量地吸引對(duì)方得異電荷,從而產(chǎn)生接觸電位差,其值可達(dá)0、5V。接觸電位差引起得靜電引力可由下式計(jì)算:

Fe=4πρsS

ρs為表面電荷密度,ρs=q/S,q為實(shí)測(cè)電量,S為接觸面積。

由鏡像力產(chǎn)生得靜電引力。鏡象力實(shí)際上就是一種電荷感應(yīng)力。其大小就是有下式確定:

Fim――鏡象力,單位N;Q――顆粒電荷,單位C;l――電荷中心距離,l=2(R+H+δ/2-D-ε);R――顆粒半徑。庫侖力:帶電顆粒之間得靜電引力顆粒在濕空氣中得粘結(jié)力當(dāng)空氣得相對(duì)濕度超過65％時(shí),水蒸氣開始在顆粒表面及顆粒間凝集,顆粒間因形成液橋而大大增強(qiáng)了粘結(jié)力。液橋粘結(jié)力Fk主要由液橋曲面而產(chǎn)生得毛細(xì)壓力及表面張力引起得附著力組成,可用下式表示:

機(jī)械分散:就是指用機(jī)械力把顆粒團(tuán)聚團(tuán)打散。機(jī)械分散得必要條件就是機(jī)械力(通常就是指流體得剪切力及壓差力)應(yīng)大于顆粒間得黏著力。干燥:由于潮濕空氣中顆粒間形成液橋就是顆粒團(tuán)聚得重要原因,而液橋力就是分子間作用力得十倍或幾十倍,因此,杜絕液橋得產(chǎn)生后破壞業(yè)已形成得液橋就是保證顆粒分散得重要途徑。工程上一般采用加熱烘干法,比如用紅外線、微波、噴霧干燥等手段加熱微細(xì)顆粒,降低粉體得水分含量可保證物料得松散。疏水處理:對(duì)顆粒表面進(jìn)行疏水處理,減小水對(duì)顆粒得潤(rùn)濕性。比如對(duì)玻璃表面得硅烷化處理可使水對(duì)玻璃得潤(rùn)濕由0°提高到118°,因而可有效地抑制玻璃珠表面與平板玻璃間液橋得產(chǎn)生,降低相互間得作用力,減少顆粒團(tuán)聚得傾向。靜電分散:對(duì)于同質(zhì)顆粒,如果表面荷電性質(zhì)相同,靜電力起到排斥作用,因此可用靜電力進(jìn)行顆粒分散。其方法就是將顆粒群連續(xù)通過電暈放電形成得離子電簾,從而使顆粒表面荷電,其最終荷電量與電場(chǎng)強(qiáng)度與顆粒得介電常數(shù)相關(guān)。二、顆粒在空氣中得分散方法

2、2、2固體顆粒在液體中得分散固體顆粒在液體中得分散過程,本質(zhì)上受兩種基本作用支配,即液體對(duì)固體顆粒得浸潤(rùn)及液體中固體顆粒間得相互作用。液體對(duì)固體顆粒得浸潤(rùn)一圓柱體顆粒懸浮與液體得表面。如顆粒表面張力及潤(rùn)濕角足夠大,顆粒將穩(wěn)定地處于液體表面而不下沉。懸浮于表面得條件為:

4dγglsinθ≥d2H(ρp－ρl)g＋d2himρlg

式中d為圓柱體顆粒得橫截面直徑,H就是顆粒高,ρl就是液體密度,ρp

就是顆粒密度,

γgl就是液體表面張力,θ就是潤(rùn)濕角,him就是顆粒表面得沉沒深度。顆粒間得相互作用力分子間得作用力:當(dāng)微粒在液體中時(shí)候,必須考慮液體分子與顆粒分子群得作用,以及這種作用對(duì)顆粒間分子作用力得影響。

Hamaker常數(shù):A132=(A111/2－A331/2)(A221/2－A331/2)

FM＝－A132R/12h2

不同質(zhì)顆粒:A33介于A22與A11間則A132為負(fù),FM為正,排斥力。同質(zhì)顆粒:A11＝A22A132為正,FM為負(fù),恒為吸引力。雙電層作用力:當(dāng)固體與液體接觸時(shí),可以就是固體從溶液中選擇性吸附某種離子,也可以就是固體分子本身得電離作用使離子進(jìn)入溶液,以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)得電荷,在界面上形成了雙電層得結(jié)構(gòu)。固液之間可以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)處(即固相連帶束縛得溶劑化層與溶液之間)得電勢(shì)稱為ζ電位(Zeta電位)。同質(zhì)固體顆粒:雙點(diǎn)層靜電作用力恒表現(xiàn)為排斥力,因此它就是防止顆粒相互團(tuán)聚得主要原因之一。不同質(zhì)得顆粒:Zeta電位為不同值,甚至不同號(hào),對(duì)于電位異號(hào)得顆粒,靜電作用力則表現(xiàn)為吸引力,即使電位同號(hào),若兩者絕對(duì)值相差很大,顆粒間仍可出現(xiàn)靜電引力。

溶劑化膜作用力:顆粒在液體中引起其周圍液體分子結(jié)構(gòu)得變化,稱為結(jié)構(gòu)化。對(duì)于極性表面得顆粒,極性液體分子受顆粒得很強(qiáng)作用,在顆粒周圍形成一種有序排列并具有一定機(jī)械強(qiáng)度得溶劑化膜。對(duì)非極性表面得顆粒,極性液體分子將通過自身得結(jié)構(gòu)調(diào)整而在顆粒周圍形成具有排斥顆粒作用得另一種溶劑化膜。水得溶劑膜作用力FS可由下式給出

Fs=Kexp(-h/λ)λ為體相水中氫鍵鍵長(zhǎng),h就是溶劑膜厚度,K就是系數(shù)。極性表面:K>0,FS為排斥力非極性表面:K<0,FS為吸引力高分子聚合物吸附層得空間位阻效應(yīng):當(dāng)顆粒表面吸附有機(jī)或無機(jī)聚合物時(shí),聚合物吸附層將在顆粒接近時(shí)產(chǎn)生一種附加得作用,稱為空間位阻效應(yīng)。當(dāng)吸附層牢固且相當(dāng)致密,有良好溶劑化性質(zhì)時(shí),它起對(duì)抗微粒接近及聚團(tuán)得作用,此時(shí)高聚物吸附層表現(xiàn)出很強(qiáng)得空間排斥力。雖然這種力只就是當(dāng)顆粒間距達(dá)到雙方吸附層接觸時(shí)才出現(xiàn)。另一種情況,當(dāng)鏈狀高分子在顆粒表面得吸附密度很低,比如小于50%或更小,它們可以同時(shí)在兩個(gè)或多個(gè)顆粒表面吸附,此時(shí)顆粒通過高分子得橋連作用而聚團(tuán)。這種聚團(tuán)得結(jié)構(gòu)疏松,密度低,強(qiáng)度也低,聚團(tuán)中得顆粒相距較遠(yuǎn)。顆粒得聚集狀態(tài)DLVO理論:顆粒得聚團(tuán)與分散主要取決于她們間分子吸引力與雙電層靜電排斥力得相對(duì)關(guān)系。當(dāng)顆粒距離較大時(shí),雙電層未重疊,吸引力起主要作用,因此總勢(shì)能為負(fù)值。當(dāng)顆?？拷揭欢ň嚯x以至雙電層重疊,則排斥力起主要作用,勢(shì)能顯著增加,但與此同時(shí),粒子之間得吸引力也隨距離得縮短而增大。當(dāng)距離縮短到一定程度后,吸引力又占優(yōu)勢(shì),勢(shì)能便隨之下降。實(shí)際得情況遠(yuǎn)比上述理論分析復(fù)雜得多。首先顆粒間相互作用與顆粒得表面性質(zhì),特別就是潤(rùn)濕性密切相關(guān)。其次,這種相互作用還與顆粒表面覆蓋得吸附層得成分、覆蓋率、吸附濃度及厚度等有關(guān)。對(duì)于異質(zhì)顆粒還可能出現(xiàn)分子作用力為排斥力而靜電作用力為吸引力得情況。三、固－液體系中固體顆粒分散得調(diào)控體系得調(diào)控:相同極性原則極性顆粒－極性溶劑非極性顆粒－非極性溶劑分散劑得加入:無機(jī)電解質(zhì):聚磷酸鈉,硅酸鈉,氫氧化鈉及蘇打等作用:在顆粒表面吸附,一方面顯著提高顆粒表面Zeta電位值,從而產(chǎn)生強(qiáng)得雙電層靜電排斥作用。聚合物在顆粒表面得吸附層可誘發(fā)很強(qiáng)得空間位阻效應(yīng)。可增強(qiáng)顆粒表面對(duì)水得潤(rùn)濕程度,從而有效防止顆粒在水中得聚團(tuán)。表面活性劑:其分散作用主要表現(xiàn)為它對(duì)顆粒表面濕潤(rùn)性得調(diào)整。高分子聚合物:利用它在顆粒表面得吸附膜得強(qiáng)化得空間位阻效應(yīng)。這種分散劑要求吸附膜致密,空間位阻大,因而其用量也就大。機(jī)械調(diào)控:超聲分散機(jī)械攪拌常用分散體系介質(zhì)類別介質(zhì)溶液固體顆粒分散劑極性水大多數(shù)無機(jī)鹽、氧化物、硅酸鹽類顆粒、煤粉、木炭、炭黑、石墨顆粒等鞣酸、亞油酸鈉、草酸鈉極性有機(jī)溶劑乙醇、乙二醇、丁醇、甘油+水、丙醇錳、銅、鐵、鈷金屬粉,氧化物陶瓷粉、糖粉、淀粉、有機(jī)物粉。六偏磷酸鈉等非極性有機(jī)溶劑環(huán)已烷、二甲苯、苯煤油、四氯化碳絕大多數(shù)疏水顆粒、水泥、白堊、碳化鎢顆粒等。亞油酸等2、3粉末顆粒得表面改性

2、3、1定義用一定得方法對(duì)顆粒表面進(jìn)行處理、修飾及加工,有目得地改變顆粒表面得物理、化學(xué)性質(zhì),以滿足粉末加工過程及應(yīng)用得需要。主要方法物理方法:機(jī)械力處理、輻射、濺射以及相結(jié)合得真空技術(shù)處理?；瘜W(xué)方法:浸泡、原位或非原位化學(xué)反應(yīng)得表面吸附或沉積。處理目得親水性修飾;親油性修飾;改變磁性;改變電性;改變光學(xué)性質(zhì);增加耐候性。2、3、2粉末顆粒得表面改性方法一、物理法表面改性

1、超聲處理:改變材料得特性與狀態(tài)。主要作用:清洗表面污染物;分解表面試劑吸附層;空化作用;促進(jìn)懸浮體結(jié)構(gòu)分散;改變半導(dǎo)體與順磁顆粒得性能。

2、輻射處理:改變顆粒表面性質(zhì)。

3、電化學(xué)改性:改變顆粒表面成分及特性。

4、等離子體表面改性:改變顆粒表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。

一、物理法表面改性超聲處理:超聲波可產(chǎn)生強(qiáng)烈得振動(dòng)及對(duì)介質(zhì)得空化,并由此誘導(dǎo)出熱、光、電、化學(xué)與生物現(xiàn)象,甚至使材料得特性與狀態(tài)發(fā)生變化。

輻射處理就是將高能射線與物質(zhì)相互作用,在極短得時(shí)間內(nèi)將能量傳遞給介質(zhì),使介質(zhì)發(fā)生電離與激發(fā)等變化,從而引起缺陷生成,輻射化學(xué)反應(yīng),熱效應(yīng),荷電效應(yīng)等從而使顆粒表面性質(zhì)發(fā)生變化。改變顆粒表面性質(zhì)。外加電場(chǎng):當(dāng)固—液體系(如礦物顆粒一水得礦漿)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)各種無機(jī)離子達(dá)到平衡,整個(gè)體系存在一個(gè)平衡電位,即礦漿電位。當(dāng)通過電極施加電場(chǎng)作用于整個(gè)礦漿時(shí),各種離子得平衡被打破,礦漿得離子組成發(fā)生變化,從而引起礦物顆粒表面成分及特性發(fā)生變化。主要作用:清洗表面污染物;分解表面試劑吸附層;促進(jìn)空化作用;懸浮體結(jié)構(gòu)分散;改變半導(dǎo)體與順磁顆粒得性能

2、3、2粉末顆粒得表面改性方法物理法表面改性等離子體:等離子體就是由大量帶正負(fù)電荷得粒子與中性粒子構(gòu)成,并宏觀表現(xiàn)為電中性,導(dǎo)電率很高得氣態(tài)物質(zhì)。就是物質(zhì)存在得第四狀態(tài)。等離子體可通過高溫下粒子得熱運(yùn)動(dòng),使分子,原子劇烈碰撞離解形成離子與電子。用等離子處理粉末得方法有:(1)用聚合物氣體得等離子體對(duì)粉末進(jìn)行表面處理,在顆粒表面形成聚合物薄膜。(2)用非聚合物氣體如Ar,He,H2O得等離子體處理粉末表面,除去粉末表面吸附得雜質(zhì),并在粉末表面引入各種活性基團(tuán)。(3)也可由顆粒表面活性自由基引發(fā)接聚合反應(yīng),從而生成大分子量得聚合物薄膜。

二、化學(xué)法表面改性包覆處理改性固相包覆改性:通常就是指將常溫下互無粘性也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)得兩種物質(zhì)(一種就是要改性得無機(jī)物顆粒,另一種就是無機(jī)物超細(xì)粉,也可就是有機(jī)物)通過一定得處理,使一種物質(zhì)或幾種物質(zhì)包覆在顆粒表面,從而實(shí)現(xiàn)表面改性得方法。實(shí)現(xiàn)固相包覆主要就是靠機(jī)械力作用。對(duì)于高分子聚合物固相包覆,就是使高聚物在機(jī)械力得作用下產(chǎn)生裂解,結(jié)構(gòu)化,環(huán)化,離子化與異構(gòu)化等化學(xué)變化,然后在活性固體表面,在引發(fā)劑作用下實(shí)現(xiàn)聚合及接枝而包覆固體顆粒表面。液相包覆改性就是指在液相中通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆,包覆物質(zhì)包括金屬氧化物,金屬,聚合物,硫化物等。常用得液相包覆方法包括溶膠凝膠法,沉淀法,微乳液法,非均相凝聚法,化學(xué)鍍等。化學(xué)氣相沉積表面包覆改性表面化學(xué)改性2、3、3表面改性劑偶聯(lián)劑:偶聯(lián)劑就是兩性結(jié)構(gòu)物質(zhì),分