第七章 粉体的分散与表面处理

.,1,第七章粉体的分散与表面处理,7.1粉体的分散7.1.1颗粒间的作用力7.1.2颗粒的分散原理7.1.3粉体的分散方法7.1.4颗粒分散性的表征与评价7.2粉体的表面处理7.2.1粉体处理的方法及工艺7.2.2表面处理剂,.,2,7.1粉体的分散7.1.1颗粒间的作用力主要分为短程作用力和长程作用力短程力作用范围小于2nm，长程力作用范围5100nm液体介质中颗粒间的主要长程作用力有：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和磁作用力等,.,3,（1）范德华作用能及作用力半径分别为R1和R2的两个球形颗粒，当间距为h时（hR），其作用能UA和作用力F分别为:半径为R的球形颗粒与片状颗粒间的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相互作用的哈马克常数,.,4,（2）双电层静电作用能及作用力来自于扩散层中的离子互相靠近时产生的排斥或吸引作用（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的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的极性差异而导致的一种粒间相互吸引作用：,.,5,（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的影响，吸附层中的物质将重新调整以建立新的平衡。如果吸附层中的物质为小分子或小离子，它们的扩散速度很大，可以在很短时间内达到新的平衡；如果是长链状的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的平衡，此时颗粒间就会产生位阻作用。位阻作用包含穿插作用和压缩作用,.,6,*颗粒在空气中的作用力（1）范德华力两个半径分别为R1、R2的球形颗粒间的范德华作用力FM可表示为：式中A11为颗粒在真空中的Hamaker常数（2）静电作用力Rumpf对作用于两个球形颗粒之间的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为两颗粒的表面间距，D为颗粒直径,.,7,（3）液桥力实际的粉体往往含有水分，由于水的表面张力将在两个颗粒之间造成液桥力液桥力的计算式为：式中r为颗粒半径，为液体的表面张力，为液体接触角，R1、R2分别为液桥的两个特征曲率半径，为颗粒润湿接触角如果颗粒的润湿性良好（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：,.,8,7.1.2颗粒的分散原理（1）颗粒的分散原则润湿原则与表面力原则（2）颗粒的润湿固体颗粒在液体中的润湿性常用润湿接触角来度量/2完全不润湿/20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/ss/g-(s/l+l/g)l/g(cos-1),.,9,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）颗粒悬浮液的分散状态及判据两种不同的分散状态：一种是形成团聚体，即单一颗粒由于互相吸引，形成较大的二次颗粒；另一种是颗粒之间互相排斥，形成稳定的分散体系判据：UrUA+Uel+Us+Ust+UH,.,10,7.1.3粉体的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、分散剂分散和表面处理（1）介质分散介质的选择原则：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的分散行为除与介质的极性有关外，还与其他因素有关，如pH值、温度等,.,11,（2）机械搅拌分散指通过强烈的机械搅拌引起液流强湍流运动而造成颗粒聚团碎解，其必要条件是机械对液流的剪切力及压力大于颗粒间的黏着力机械搅拌分散的时效性不长，即在停止机械作用一定时间后颗粒可能重新团聚,.,12,（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的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，否则由于热能和机械能的增加，颗粒碰撞的频率也增加，反而导致颗粒团聚,.,13,（4）静电分散静电分散就是给颗粒荷上相同极性的电荷，利用库仑斥力使颗粒分散，表面处理、电极电压、颗粒粒径和湿度都是影响静电分散的重要因素静电分散的时效性不长,.,14,（5）分散剂分散分散剂的主要作用：增大颗粒表面电位的绝对值，提高颗粒间的静电排斥力；增强颗粒间的位阻效应；调控颗粒表面极性，增强介质对颗粒的润湿性，增强溶剂化膜作用根据组成和结构的不同，分散剂可分为无机分散剂和有机分散剂。根据不同的应用领域，分散剂又可分为无机电解质类分散剂、表面活性剂和偶联剂等7.1.4颗粒分散性的表征与评价包括沉降天平法、粒度分布测量法、图像分析法、扫描和透射电镜法、黏着力法等,.,15,7.2粉体的表面处理表面处理的目的：改善或改变粉体的分散性；提高颗粒的表面活性；使颗粒表面产生新的物理、化学、机械性能以及新的功能；改善或提高粉体与其他物质之间的相容性7.2.1粉体表面处理的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、高能表面处理和沉淀反应表面处理,.,16,（1）表面化学包覆处理A、表面活性剂处理软团聚和硬团聚的区别基本作用：吸附并降低表面张力和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他物质的相容性，在改善颗粒在有机高聚物基料中的分散性的同时，增强两种不同性质材料之间的结合力,.,17,（2）沉淀反应处理将一些无机物质沉积到颗粒的表面，形成异质包覆层，达到表面处理的目的。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他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的晶体结构、溶解性能、化学吸附和反应活性等对粉体进行机械力化学处理的设备主要是种类型的球磨机或研磨机,.,18,（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的薄膜，使之形成具有壳体结构的微小胶囊，达到表面处理的目的（5）高能表面处理利用紫外线、红外线、电晕放电、等离子体照射和电子束辐射等方法，改变颗粒的结构、电极电位、吸附性和润湿性等，达到对粉体进行表面处理的目的,.,19,（6）复合处理复合处理就是采用两种或两种以上的表面处理方法同时或分步对粉体进行表面处