颗粒间的附着力

1、颗粒间的附着力,颗粒间的磁性力 铁磁性物质，当其颗粒小到单畴临界尺寸以下时，颗粒只含有一个磁畴，称为单畴颗粒 理论上铁的单畴临界尺寸约为6.4nm，氧化铁约为40nm。 单畴颗粒是自发磁化的粒子，其内部所有原子的自旋方向都已平行，无须外加磁场来磁化就具有磁性 粉末的单畴颗粒之间存在磁性吸引力，很难分散,颗粒间的附着力,颗粒表面不平引起的机械咬合力 两个颗粒间的引力或颗粒与固体平面的引力可以用高灵敏度的弹簧秤或天平测量。 测量颗粒与平面间的引力还可以用离心法。 颗粒间的引力还可以借测量粉末层的破断力，根据其所含接触点的数目进行估算。,1.5 颗粒间的团聚性,1.5.1 概 述 1.5.2 团聚机

2、理 1.5.3 聚团强度,概述,3、范德华力的有效距离可达50nm，其次粉体在空气中是自然荷电的，产生静电引力。粉体在空气中极容易受潮吸水，产生液体力，。,2、制粒过程比较复杂，细粒之间由各种作用力粘合在一起而形成颗粒。,1、粉体在空气中具有强烈的团聚性，根源？,概述,尺寸小于1um的颗粒， 颗粒的团聚准数大于106， 小颗粒将在颗粒间的作用 下形成团聚体。,1.5.1 团聚机理,1-134,颗粒的团聚和分散,团聚 颗粒在气相或液相中，颗粒间的作用力远大于颗粒的重力而形成聚合状态。 改善颗粒的流动性、避免粉尘、易于包装等 如混合操作等的困难 分散 颗粒间互不相干自由运动的状态。 遍及化工、冶金

3、、食品、医药、涂料、造纸、建筑及材料等领域。 分散及分散稳定性直接影响涂料、染料、油墨和化妆品等的质量和性能； 复合材料及纳米材料制备的成败与超微粉体的分散稳定性紧密相连。,颗粒的团聚和分散,颗粒的团聚根据其作用机理可以分为三种状态：聚集体颗粒、凝聚体颗粒和絮凝体颗粒。,空气中颗粒的团聚与分散 液体中颗粒的团聚与分散,颗粒在空气中团聚的最主要的原因：范德华力、毛细力和静电力 在空气中，颗粒的团聚主要是毛细力造成的 在非常干燥的条件下，是由范德华力造成的 空气中保持超微粉体干燥是防止团聚的重要措施 空气相对湿度超过65%时，水蒸气在颗粒表面及颗粒间凝聚，颗粒间因毛细力而大大增强了团聚作用 颗粒在

4、空气中分散的主要途径有四种： 机械分散、干燥分散、表面改性、静电分散。,空气中颗粒的团聚与分散,空气中颗粒的分散机械分散 用机械力把颗粒聚团打散，是常用的分散手段 机械分散所用机械力（流体的剪切力及压应力）大于颗粒间的作用力 通常机械力是由高速旋转的叶轮或高速气流喷射及冲击作用所引起的气体湍流运动所造成的 较易实现 有可能重新粘结聚团 可能导致脆性颗粒被粉碎 机械设备磨损后分散效果下降,空气中颗粒的分散干燥分散 毛细力往往是分子间范德华力的十几倍或者几十倍，在潮湿空气中，颗粒间形成的液桥是颗粒聚团的主要原因。因此，杜绝液桥的产生或破坏已形成的液桥是保证颗粒分散的主要手段之一。 在生产过程中，常

5、采用加温干燥处理。例如，矿粒在静电分选前往往加温至200左右以除去水分，保证物料的松散。,颗粒的团聚和分散,空气中颗粒的团聚与分散表面改性 采用物理或化学方法对颗粒进行处理，有目的地改变其表面物理化学性质的技术，提高其分散性。 不同改性剂不同使用量分散效果也不一样。,颗粒的团聚和分散,空气中颗粒的团聚与分散静电分散 对于同质颗粒，由于表面带点相同，静电力反而排斥，因此，可以用静电力进行颗粒分散，问题的关键是如何使颗粒群充分带电。 采用接触带电、感应带电等方式可使颗粒带电 最有效的方法是电晕带电，使连续供给的颗粒群通过电晕放电形成使颗粒带电。,颗粒表面润湿性对粉体的分散具有重要意义，是粉体分散、

6、固液分离、表面改性和造粒等工艺的理论基础。固体颗粒被润湿的过程主要基于颗粒表面对该液体的润湿性。,液体中颗粒的团聚与分散,固-液-气三相界面张力平衡时,=00，称为完全润湿或铺展； 00900，固体能为液体所润湿 9001800，固体不为液体所润湿 水银/玻璃,杨(young)方程,颗粒的团聚和分散,液体中颗粒的分散,调节颗粒在液体中分散性与稳定性的主要途径： 通过改变分散性与分散介质的性质调控hammaker常数，使其变小，颗粒间吸引力下降； 调节电解质及定位离子的浓度，使双电层厚度增加，增大颗粒间排斥作用； 选用附着力较强的聚合物和聚合物亲和力较大的分散介质，增大颗粒间排斥力。 颗粒在液体

7、中的分散调控手段大体可分为介质调控、分散剂调控、超声调控和机械调控。,液体中颗粒的分散介质调控,根据颗粒的表面性质选择适当的介质可以获得充分分散的悬浮液。 选择分散介质的基本原则是相同极性原则： 非极性颗粒易于在非极性液体中分散 极性颗粒易于在极性液体中分散,颗粒的团聚和分散,液体中颗粒的分散分散剂调控,颗粒在液体中的良好分散所需的物理化学条件，主要是通过加入适量的分散剂来实现的，分散剂的加入强化了颗粒间的相互排斥作用。 常用的分散剂：无机电解质，表面活性剂和高分子分散剂。,液体中颗粒的分散超声调控,超声调控是把需要处理的工业悬浮液置于超声场中，控制恰当的超声频率及作用时间，使颗粒充分分散。

8、超声分散主要是由超声频率和颗粒粒度的相互关系决定的。其作用主要在两个方面： 空化效应产生的强烈振动波； 对超声波的吸收而产生的各组分的共振效应。,液体中颗粒的团聚与分散机械调控,机械搅拌是通过强烈的机械搅拌方式引起液体强湍流运动产生冲击、剪切及拉伸等机械力而使颗粒团聚体碎解悬浮。 机械搅拌的主要问题是，一旦颗粒离开机械搅拌产生的湍流场，外部环境复原，颗粒又有可能重新形成聚团。,1.5.2 聚团强度,颗粒的聚团强度随颗粒尺 寸的减小而迅速增加 。,1-148,粉体的润湿特性,依粉料被水润湿的过程，水分主要以四种形态出现并起作用：,毛细管水毛细管状态 capillary state 重力水 浸渍状

9、态 immersed state,吸附水 摆动状态 pendular state 薄膜水 链锁状态 funicular state,粉体的润湿特性,吸附水： 粉体不仅比表面积较大，且其颗粒表面具有过剩的能量。颗粒表面带有一定的电荷，在颗粒表面的空间形成电场，在电场范围内的极化水分子和水化阳离子被吸附于颗粒表面。水分子由于具有偶极性而中和了上述电荷，颗粒表面的过剩表面能将由于放出润湿热而减小，结果在颗粒表面形成一吸附水层。,吸附水的形成，不一定是颗粒浸入水中，或在颗粒层中加入液态水。即使干燥颗粒还会吸收大气中的气态水分子。,吸附水层厚度并不恒定，它与物料成分、亲水能力、颗粒大小与形状、吸附离子的

10、成分及外界条件(物料中水蒸汽的相对压力及温度)等有关。当粉料孔隙中相对湿度为100时的吸附水含量，称为最大吸附水含量。,薄膜水： 粉粒进一步被润湿时，在吸附水周围形成薄膜水，这是出于颗粒表面吸附水后还有剩余的未被平衡掉的范德华分子力(主要是表面引力，其次是吸附水内层的分子引力)，因为水的偶极分子围绕水层成定向排列，以及多少受到些扩散层离子的水化作用，所以薄膜水和颗粒表面的结合力要比吸附水弱得多，其分子的活动自由度较大。,薄膜水： 极其相邻的等径颗粒a和b，若颗粒a的水膜较厚，位于f处的薄膜水距颗粒b的中心较距颗粒a的中心近，因此薄膜水f开始向颗粒b移动，即颗粒a周围较厚的水膜开始向颗粒b移动，

11、直至两者水膜厚度相等为止。,薄膜水： acab+cd时，ebfd内的薄膜水,同时受到两个颗粒的电分子引力作用而具有较大的粘性。 颗粒间距离越小，薄膜水粘性就越大，颗粒就越不易发生相对移动；因此，薄膜水厚度影响粉料的物理力学性质(如成球性、压缩性、可塑性等) 。,吸附水和薄膜水合起来即组成分子结合水，在粉体力学上可视作为颗粒的外壳，在外力的作用下，它和颗粒一起变形，并且分子水膜使颗粒彼此粘结。,粉体的润湿特性,毛细管水： 当粉料继续被润湿到超过最大分子结合水分时，就形成了毛细管水。它是颗粒的电分子引力作用范围以外的水分。毛细管水分能够将颗粒拉紧靠拢，此乃由于在毛细管内呈负压之故。,毛细管水： 两半径r的颗粒间毛细管吸引力f 液体的表面张力 愈大，毛细管的吸引力f也愈大，而单位面积内的结合力则随着粒径缩小而增加。 毛细管水能在毛细管负压的作用下和在引起毛细管形状和尺寸改变的外力作用下发生较快的迁移。亲水物料