第七章粉体的分散与表面处理-PPT.pptx

第七章粉体的分散与表面处理7、1 粉体得分散粉体得分散7 7、1 1、1 1 颗粒间得作用力颗粒间得作用力颗粒间得作用力颗粒间得作用力主要分为短程作用力与长程作用力主要分为短程作用力与长程作用力短短程程力力作作用用范范围围小小于于2nm,长长程程力力作作用用范范围围5100nm液液体体介介质质中中颗颗粒粒间间得得主主要要长长程程作作用用力力有有:范范德德华华力力、双双电电层层静静电电作作用用力力、位位阻阻排排斥斥力力、溶溶剂剂化化膜膜作作用用力力、疏水作用力以及偶极作用力与磁作用力等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范德华作用能及作用力 半半径径分分别别为为R1与与R2得得两两个个球球形形颗颗粒粒,当当间间距距为为h时时(hR),),其作用能其作用能UA与作用力与作用力F分别为分别为:半半径径为为R得得球球形形颗颗粒粒与与片片状状颗颗粒粒间间得得作作用用能能与与作作用用力力分别为分别为A132为为在在液液体体介介质质3中中颗颗粒粒1与与颗颗粒粒2相相互互作作用用得得哈哈马马克常数克常数3(2)双电层静电作用能及作用力双电层静电作用能及作用力来来自自于于扩扩散散层层中中得得离离子子互互相相靠靠近近时时产产生生得得排排斥斥或或吸吸引作用引作用(3)溶剂化膜作用能溶剂化膜作用能颗颗粒粒在在液液体体介介质质中中,由由于于其其表表面面极极性性区区域域对对附附近近得得溶溶剂剂分分子子产产生生极极化化作作用用,在在颗颗粒粒表表面面会会形形成成溶溶剂剂化化膜膜,并并产生溶剂化作用产生溶剂化作用:(4)疏水作用疏水作用由由于于颗颗粒粒表表面面与与水水得得极极性性差差异异而而导导致致得得一一种种粒粒间间相相互吸引作用互吸引作用:4(5)位阻作用位阻作用两两个个颗颗粒粒互互相相接接触触时时,受受外外力力作作用用以以及及浓浓度度等等因因素素得得影影响响,吸吸附附层层中中得得物物质质将将重重新新调调整整以以建建立立新新得得平平衡衡。如如果果吸吸附附层层中中得得物物质质为为小小分分子子或或小小离离子子,它它们们得得扩扩散散速速度度很很大大,可可以以在在很很短短时时间间内内达达到到新新得得平平衡衡;如如果果就就是是长长链链状状得得表表面面活活性性剂剂或或高高分分子子时时,其其调调整整速速度度非非常常缓缓慢慢,短短时时间间内内难难以以建建立立新新得得平平衡衡,此此时时颗颗粒粒间间就就会会产产生生位阻作用。位阻作用。位阻作用包含穿插作用与压缩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颗粒在空气中得作用力颗粒在空气中得作用力颗粒在空气中得作用力(1)范德华力范德华力两两个个半半径径分分别别为为R1、R2得得球球形形颗颗粒粒间间得得范范德德华华作作用用力力FM可表示为可表示为:式中式中A11为颗粒在真空中得为颗粒在真空中得Hamaker常数常数(2)静电作用力静电作用力Rumpf对对作作用用于于两两个个球球形形颗颗粒粒之之间间得得静静电电引引力力提提出出了下列表达式了下列表达式:式式中中Q1、Q2为为两两颗颗粒粒表表面面带带电电量量,a为为两两颗颗粒粒得得表表面面间距间距,D为颗粒直径为颗粒直径6(3)液桥力液桥力实际得粉体往往含实际得粉体往往含有水分有水分,由于水得由于水得表面张力将在两个表面张力将在两个颗粒之间造成液桥力颗粒之间造成液桥力液桥力得计算式为液桥力得计算式为:式式中中r为为颗颗粒粒半半径径,为为液液体体得得表表面面张张力力,为为液液体体接接触触角角,R1、R2分分别别为为液液桥桥得得两两个个特特征征曲曲率率半半径径,为为颗颗粒润湿接触角粒润湿接触角如如果果颗颗粒粒得得润润湿湿性性良良好好(趋趋近近于于0),),颗颗粒粒与与颗颗粒粒间间相相互互接接触触(a=0),),且且 在在10-40之之间间时时,毛毛细细管管作作用用力力近近似似为为:77 7、1 1、2 2 颗粒得分散原理颗粒得分散原理颗粒得分散原理颗粒得分散原理(1)颗粒得分散原则颗粒得分散原则润湿原则与表面力原则润湿原则与表面力原则(2)颗粒得润湿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完全不润湿完全不润湿/2 0部分润湿或有限润湿部分润湿或有限润湿 0完全润湿或称铺展完全润湿或称铺展润湿过程也可以用铺展系数润湿过程也可以用铺展系数S1/s来表示来表示:S1/s s/g-(s/l+l/g)l/g(cos-1)8可可添添加加润润湿湿剂剂或或浸浸润润剂剂,或或对对粉粉体体进进行行表表面面处处理理,以以改善浸润条件改善浸润条件(3)颗粒悬浮液得分散状态及判据颗粒悬浮液得分散状态及判据两两种种不不同同得得分分散散状状态态:一一种种就就是是形形成成团团聚聚体体,即即单单一一颗颗粒粒由由于于互互相相吸吸引引,形形成成较较大大得得二二次次颗颗粒粒;另另一一种种就就是是颗粒之间互相排斥颗粒之间互相排斥,形成稳定得分散体系形成稳定得分散体系 判据判据:UrUA+Uel+Us+Ust+UH97 7、1 1、3 3 粉体得分散方法粉体得分散方法粉体得分散方法粉体得分散方法主主要要有有介介质质分分散散、机机械械搅搅拌拌分分散散、超超声声波波分分散散、静静电分散、分散剂分散与表面处理电分散、分散剂分散与表面处理(1)介质分散介质分散介介质质得得选选择择原原则则:非非极极性性颗颗粒粒易易于于在在非非极极性性介介质质中中分分散散,极性颗粒易于在极性液体中分散极性颗粒易于在极性液体中分散颗颗粒粒在在介介质质中中得得分分散散行行为为除除与与介介质质得得极极性性有有关关外外,还还与其她因素有关与其她因素有关,如如pH值、温度等值、温度等10(2)机械搅拌分散机械搅拌分散指指通通过过强强烈烈得得机机械械搅搅拌拌引引起起液液流流强强湍湍流流运运动动而而造造成成颗颗粒粒聚聚团团碎碎解解,其其必必要要条条件件就就是是机机械械对对液液流流得得剪剪切切力力及压力大于颗粒间得黏着力及压力大于颗粒间得黏着力机机械械搅搅拌拌分分散散得得时时效效性性不不长长,即即在在停停止止机机械械作作用用一一定定时间后颗粒可能重新团聚时间后颗粒可能重新团聚11(3)超声波分散超声波分散作用方式包括两个方面作用方式包括两个方面:在介质中产生空化作用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低频时易产生空化作用,高频时易产生共振作用高频时易产生共振作用强强度度不不宜宜过过大大,否否则则由由于于热热能能与与机机械械能能得得增增加加,颗颗粒粒碰撞得频率也增加碰撞得频率也增加,反而导致颗粒团聚反而导致颗粒团聚 12(4)静电分散静电分散静静电电分分散散就就就就是是给给颗颗粒粒荷荷上上相相同同极极性性得得电电荷荷,利利用用库库仑仑斥斥力力使使颗颗粒粒分分散散,表表面面处处理理、电电极极电电压压、颗颗粒粒粒粒径径与湿度都就是影响静电分散得重要因素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静电分散得时效性不长13(5)分散剂分散分散剂分散分分散散剂剂得得主主要要作作用用:增增大大颗颗粒粒表表面面电电位位得得绝绝对对值值,提提高高颗颗粒粒间间得得静静电电排排斥斥力力;增增强强颗颗粒粒间间得得位位阻阻效效应应;调调控控颗颗粒粒表表面面极极性性,增增强强介介质质对对颗颗粒粒得得润润湿湿性性,增增强强溶溶剂剂化化膜作用膜作用根根据据组组成成与与结结构构得得不不同同,分分散散剂剂可可分分为为无无机机分分散散剂剂与与有有机机分分散散剂剂。根根据据不不同同得得应应用用领领域域,分分散散剂剂又又可可分分为为无机电解质类分散剂、表面活性剂与偶联剂等无机电解质类分散剂、表面活性剂与偶联剂等 7 7、1 1、4 4 颗粒分散性得表征与评价颗粒分散性得表征与评价颗粒分散性得表征与评价颗粒分散性得表征与评价包包括括沉沉降降天天平平法法、粒粒度度分分布布测测量量法法、图图像像分分析析法法、扫描与透射电镜法、黏着力法等扫描与透射电镜法、黏着力法等147、2 粉体得表面处理粉体得表面处理表表面面处处理理得得目目得得:改改善善或或改改变变粉粉体体得得分分散散性性;提提高高颗颗粒粒得得表表面面活活性性;使使颗颗粒粒表表面面产产生生新新得得物物理理、化化学学、机机械械性性能能以以及及新新得得功功能能;改改善善或或提提高高粉粉体体与与其其她她物物质质之之间得相容性间得相容性7 7、2 2、1 1 粉体表面处理得方法及工艺粉体表面处理得方法及工艺粉体表面处理得方法及工艺粉体表面处理得方法及工艺按按实实际际使使用用方方法法,分分为为表表面面化化学学包包覆覆处处理理、机机械械化化学学处处理理、胶胶囊囊式式处处理理、高高能能表表面面处处理理与与沉沉淀淀反反应应表表面面处处理理15(1)表面化学包覆处理表面化学包覆处理A、表面活性剂处理、表面活性剂处理软团聚与硬团聚得区别软团聚与硬团聚得区别基本作用基本作用:吸附并降低表面张力与胶团化作用吸附并降低表面张力与胶团化作用 既可湿法进行既可湿法进行,也可干法进行或干湿结合也可干法进行或干湿结合B、偶联剂处理、偶联剂处理可可提提高高粉粉体体与与其其她她物物质质得得相相容容性性,在在改改善善颗颗粒粒在在有有机机高高聚聚物物基基料料中中得得分分散散性性得得同同时时,增增强强两两种种不不同同性性质质材材料之间得结合力料之间得结合力16(2)沉淀反应处理沉淀反应处理将将一一些些无无机机物物质质沉沉积积到到颗颗粒粒得得表表面面,形形成成异异质质包包覆覆层层,达达到到表表面面处处理理得得目目得得。由由于于在在颗颗粒粒表表面面形形成成特特殊殊包包覆覆层层,因此可产生光、电、磁及抗菌等功能因此可产生光、电、磁及抗菌等功能(3)机械力化学处理机械力化学处理利利用用粉粉碎碎及及其其她她强强烈烈机机械械作作用用对对粉粉体体表表面面进进行行激激活活,在在一一定定程程度度上上改改变变颗颗粒粒表表面面得得晶晶体体结结构构、溶溶解解性性能能、化学吸附与反应活性等化学吸附与反应活性等对对粉粉体体进进行行机机械械力力化化学学处处理理得得设设备备主主要要就就是是种种类类型型得球磨机或研磨机得球磨机或研磨机17(4)胶囊化处理胶囊化处理利利用用化化学学方方法法、物物理理化化学学方方法法或或机机械械物物理理方方法法,在在颗颗粒粒表表面面上上覆覆盖盖均均质质且且有有一一定定厚厚度度得得薄薄膜膜,使使之之形形成成具具有壳体结构得微小胶囊有壳体结构得微小胶囊,达到表面处理得目得达到表面处理得目得(5)高能表面处理高能表面处理利利用用紫紫外外线线、红红外外线线、电电晕晕放放电电、等等离离子子体体照照射射与与电电子子束束辐辐射射等等方方法法,改改变变颗颗粒粒得得结结构构、电电极极电电位位、吸吸附性与润湿性等附性与润湿性等,达到对粉体进行表面处理得目得达到对粉体进行表面处理得目得18(6)复合处理复合处理复复合合处处理理就就就就是是采采用用两两种种或或两两种种以以上上得得表表面面处处理理方方法同时或分步对粉体进行表面处理法同时或分步对粉体进行表面处理7 7、2 2、2 2 表面处理剂表面处理剂表面处理剂表面处理剂包包括括偶偶联联剂剂、表表面面活活性性剂剂、有有机机硅硅、不不饱饱与与有有机机酸酸与有机低聚物、水溶性高分子、无机表面处理剂等与有机低聚物、水溶性高分子、无机表面处理剂等 19