超细粉体的分散技术及其应用综述

粉体达到单粉体分散；其二是在粉 改性处理的均一性，也需要进行分 高频超声分散（５０ — ２００ＫＨｚ） 和兆
体制备过程中由于各部分或前后生 散、混合与均化处理。
赫超声分散（ ７ ０ ０ Ｋ Ｈ ｚ 一 １ Ｍ Ｈ ｚ 以
产的产品的成分或粒度不均匀，而 （１ ）超声波分散机
上） 。典型超声分散机见表 ２ 。
料混合分散的一种有效设备。该装 置由混合容器及特殊形状的搅拌浆 组成，搅拌浆由电机带动，可作旋 转、上升、下降以及位移等多种运 动，因此混合分散效果好，无死角 和积料等。
Ｍｅｇａｔｒｏｎ 混合分散机也是用于 粉体浆料混合分散的一种较好设 备，该机是由转子和定子组成，转
液（ 固） ／ 液分散 医 药
固 ／ 气分散
专家
Ｅｘｐｅｒｔ
任 俊 工 学 博 士 ， 研 究 员 。 第 四 届 “ 中 国 青 年 颗 粒 学 奖 ” 获 得 者 ， １９８３ 年毕业于东北大学矿物加工工程专业；１９８３ － １９９４ 年在冶金工业部 包 头 稀 土 研 究 院 工 作；１ ９ ９ ４ － １ ９ ９ ９ 年 在 北 京 科 技 大 学 资 源 工 程 学 院 攻 读 硕 士、博士学位，获工学博士学位；１９９９ － ２００１ 年在南京大学化学化工学 院 高 分 子 化 学 与 物 理 流 动 站 做 博 士 后 研 究 工 作；２００１ 年 到 现 在 在 中 国 科 学 院理化技术研究所工作。主要从事微细颗粒在液相及空气中分散和颗粒表面 改性抗团聚分散技术研究，目前，主要从事智能材料、纳米颗粒可控技术 研究，纳米颗粒抗团聚分散及纳米热固性涂料的开发研究工作。近年来， 研究成果获得省部级科技进步二等奖 １ 项，申请国家发明专利 ６ 项，在《Ｊ． Ｃｏｌｌｏｉｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ》、《Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ》、 《Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｏｎｏｇｙ》、《Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ》等国内外刊物上 发表研究论文 ９０ 余篇，出版专著 ２ 部，参编专著 ３ 部。
超细粉体材料合成与制备是当
今科技界引人注目的研究领域之 一。性能不同形状各异的超细粉体 材料都可通过物理或化学等人工合 成的方法制备。但是，由于超细粉 体粒度小，极易产生自发凝并，表 现出强烈的聚团特性，不论在空气 中还是在液相中均易生成粒径较大 的二次粉体，聚团的结果导致超细 粉体材料性能的严重劣化。另一方
常机械力是由高速旋转的叶轮及冲
固 ／ 固分散
复合材料
固态复合材料
高聚物复合材料
击作用引起的强湍流运动而造成的。
无机非金属复合材料 金属复合材料
常见的机械搅拌分散设备见表 ３ 。 （３ ）混合分散机
万能式混合分散机是用于多组
固 ／ 液分散
复合材料
液态复合材料
涂料、油漆、磁流体等 分粉体混合改性以及高粘度粉体浆
联系方式：ｅ－ｍａｉｌ：ｒｊ＠ｍａｉｌ．ｉｐｃ．ａｃ．ｃｎ或ｒａｃｊｋ＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ
超细粉体的分散技术及其
应用综述
■ 任 俊 研究员 ／ 中国科学院理化技术研究所
超细粉体的分散是基础研究领 域和工业技术部门普遍遇到的课 题。其应用日益广泛。如化工、医 药、涂料、造纸、建筑、材料及冶 金、食品等。分散技术不仅是提高 产品（材料）质量和性能及提高工 艺效率不可缺少，而且是十分重要 的技术手段。
丙酮等
镍偶氮黄，酞箐蓝，酞箐绿，大红粉，钡白，
环己烷、二甲苯、苯、四氯化 大多数疏水粉体等
碳酸钙，硅酸钙，瓷土，云母，氢氧化铝，
碳、煤油、烷烃类油等
滑石粉，硅石，锌粉，铝粉，黄铜粉，二氧
各种气体
大多数无机盐、氧化物、硅酸 化钛包覆的鳞片状云母，鱼鳞，碱式碳酸铅，
盐、无机粉体等、金属粉体 氧氯化铋，掺杂有活性剂的硫化锌或硫化
规格（ｍ ｍ ） ０－１５００ ３２５ × ６０ × ２８０
２９５ × ２３０ × １００ ６５０ × ６００ × ５５０ ４５０ × ３３０ × ４００
超声功率（Ｗ ） １００ － １８００ １５００ － １８００ １５００ － １８００ ２５０ － ３００ ２４００ ２１００
型混合分散机。该机主要用于超细 粉体的浆料混合分散。该机的工作 原理是在高速旋转搅拌轴的带动 下，安装于搅拌轴下端的搅拌篮作 高速旋转，使篮框（搅拌齿）产生 强大的离心立场，使篮框中心形成 负压区，则浆料被自动吸入篮框的
合与均化处理；其三是，有些粉体 根 据 分 散 对 象 ，大 致 分 为 三 个 频 型分散机。机械分散是指用机械力
材料需要进行改性处理，为了保证 段：低频超声分散（ ２ ０ 一 ５ ０ Ｋ Ｈ ｚ ） ， 把粉体聚团打散。这是一种应用最
广泛的分散方法。机械分散的必要
条件是机械力（指流体的剪切力及
压应力）应大于粉体间的粘着力。通
指粉体在气体、液体和固体介质中 的分散性与稳定性。 （１ ）沉降法
（大多数疏水粉体）等
镉，如 Ｚ ｎ Ｓ ／ Ｃ ｕ ，Ｚ ｎ Ｓ ／ Ａ ｇ ；掺有铑或钍等放
水 、 有 机 极 性 或 有 机 非 极 性 有 机 极 性 物 质 、 有 机 非 极 性 射性元素的硫化物等，红丹，云母片，玻璃
溶剂
物质或水
鳞片等
水、有机极性或有机非极性 各种气体
溶剂
聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树 二氧化硅、三氧化铝、白碳
分散指数。
把在一定条件下处理后的粉体
中心区，吸入中心区的浆料在转子 离心力的作用下通过篮框齿间缝 隙，在齿的高速撞击下被分散、混 合，并被甩向四周。浆料经多次循 环后被充分混合分散。
Ｂｅａｄｌｅｓｓ 分散机由 Ｅｎｏｍｕｒａ Ｍ 和 Ａｒａｋｉ Ｋ 研制的一种新型湿式分
分散的评价方法 粉体的分散性与稳定性通常是
性的各种分散工艺，设备及药方， 新进展和科学前沿。
便显得格外重要。粉体分散的科学
技术便由此发展起来。
分散设备
随着粉体分散在科学研究及生
粉体的分散、混合与均化在粉
产实践中的重要性逐渐被人们所认 体技术中有三个目的。其一是使团
识和揭示，粉体分散技术的应用现 聚粉体的碎解和分散，尽力使团聚
分散介质 水 有机极性液体 有机非极性液体 气体
面，在复合材料的制备过程中，由 于超细粉体的这种强烈团聚特性和 它与复合基体材料的极性差异，超 细粉体很难均匀地分散在基体材料 中形成均质复合材料，使复合材料 的性能难以达到人们预期的效果。 超细粉体强烈的团聚特性严重制约 着超细粉体材料广泛而有效的应 用，成为超微技术进一步发展的瓶
中国粉体工业 ＮＯ．１ ２００７ ５
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颈。如何保证超细粉体在制备、贮 存及随后的应用加工过程中保持分 散 而 不 聚 团 “ 长 大 ”， 以 及 超 细 粉 体 在复合材料中能充分分散成为超微 粉体，特别是纳米复合技术未来发 展和应用的关键。因此，超细粉体 的抗团聚分散技术对于拓宽超细粉 体材料的应用领域，开发高性能的 复合材料是至关重要的。
而这些表面力受体系中粉体与分散 面（界面）化学理论、材料学及颗
介质的作用、粉体间的相互作用和 粒技术出发，系统地介绍了颗粒的
介质分子间的相互作用三种基本作 性质、颗粒间的相互作用、颗粒表
用的支配。因此，研究体系中粉体 面改性、颗粒在不同介质中的分散
与分散介质的作用、粉体间的相互 理论、分散特征、分散方法和技术，
作用和介质分子间的相互作用三种 同时还介绍了颗粒分散的分散剂、
基本作用，研究支配粉体团聚的物 分散设备、评价方法以及分散技术
理的及化学的机制，研究防止粉体 在诸多工业中的应用。它不仅反映
团聚的各种有效途径及方法，研究 了著者的最新科研成果和观点，同
超细粉体的分散技术，开发有针对 时也反映了国内外颗粒分散技术的
散体系组合举例。
已几乎遍及化学化工、材料、冶金、
建筑、能源、食品、医药、建材、农
分散应用领域
业 等 所 有 工 业 领 域 （ 图 １ ）。
粉体碰撞是否引起团聚，取决
２００５ 年在化学工业出版社出版
于体系的综合物理化学条件，归根 的有关粉体分散技术的《颗粒分散
到底取决于粉体间的综合表面力， 科学与技术》专著从胶体化学、表
能。
Ｐｏｌｙｔｒｏｎ 篮式混合分散机式由
Ｋｉｎｅｍａｔｉｃａ ＡＧ 公司研制的一种新
表 ２ 典型超声分散机
设备名称 Ｈ Ｆ － ５ ０ Ｂ 超声分散器 Ｚ Ｑ Ｋ － ２ 二槽系列超声波分散机 Ｇ Ｘ 系列三槽式超声波气相清洗机 Ｚ Ｑ 系列小型超声波分散机 ＩＷ－２４０２８Ｂ ＴＥＯ－４０４２Ｒ
液体 液体 高聚物复合材料基体
表 １ 典型的分散介质与分散相
分散相
备 注
大多数无机盐、氧化物、硅酸 二 氧 化 钛 ， 铅 白 ，氧 化 锌（ 锌 白 ），锌 钡 白 ，
盐、无机粉体等、金属粉体等 石墨，铁黑，碳黑，苯胺黑，铁黄，铁红，铁
乙二醇、乙醇、环己醇、甘油、 无 机 粉 体 等 、 金 属 粉 体 等 黑，铬黄、铬绿，铁蓝；联苯胺黄，耐光黄，
脂、聚乙烯、聚酯、尼龙、聚 黑、硅酸盐、碳化硅、氢氧化
氯 乙 稀 、 聚 氨 酯 ； 丁 基 橡 胶 、 铝、滑石、碳酸钙、氢氧化镁、
二 元 Baidu Nhomakorabea 丙 橡 胶 、 环 氧 氯 丙 橡 二氧化钛、碳黑、石墨、硅灰
胶、氯丁橡胶等
石、玻璃纤维、各种金属粉体
等
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建筑
粉
能源
体
分
冶金
散
技 固（ 液） ／ 液分散 化 学 化 工
术 石油
农业
食品
水泥、混凝土等 水煤浆、油煤浆等 矿物加工、冶金等
水泥浆 矿浆、絮凝分选等
固 ／ 液， 液 ／ 液等悬浮液
泥 浆 分 散 及 驱 油 、 乳 化 钻（ 完） 井液、润滑油等
农药的乳化分散等
乳剂、胶悬剂等
食品加工等
牛奶、果汁、菜汁等
在使用时需要性能均一的粉体材
超 声 空 化 阈 值 和 超 声 波 的 频 率 （２ ）机械搅拌分散机
料 ， 为 了 消 除 各 部 分 性 能 上 的 差 有密切关系。频率越高，空化阈越
工业应用的机械搅拌分散设备
异，需要对粉体材料进行分散、混 高。目前超声波分散机的工作频率 有高转速定子旋盘式分散器和搅拌
０．２－１５０ｍｌ
与垂直方向的夹角称为滑动摩擦锥 角。粉体从运动状态变为静止状态 所形成的这一滑动摩擦锥角与粉体 流动性有直接关系，它是研究粉体 力学和流动性以及粉体的储存、运 输、混合等实际工艺操作和设计中 必须掌握的重要参数。该角测定方 法简单、便捷，具有重要的实用价 值。可用滑动摩擦锥角表征粉体的
超细粉体的分散体系 分散体系是指一种或一种以上
物相以粉体形式离散分布在某种连 续相中所构成的多相体系。在分散 体系中连续相称为分散介质，而离 散分布的粉体称为分散相或分散 体。分散相及分散介质可以是固 体、液体或气体。因此，分散体系 共有：气－气，气－液，气－固，液 －气，液－液，液－固，固－气，固 －液，固－固九种形式。表 １ 是典 型的分散介质和分散相及常见的分
粉体工程
制药等 各种粉体材料
口服液体剂型药物 粉尘、各种粉体等
子在内圈，定子在外圈，转子和定 子都装有篮式齿。在转子高速旋转 带动下，内圈作高速旋转并产生负
气 ／ 液分散
化学工业
液态复合材料 固 ／ 液 ／ 气多相体系
图 １ 粉体分散的分类及应用
喷雾杀虫剂、发胶等 泡沫浮选等
压，使浆料从中心吸入。浆料在转 子离心力作用下，物料被充分混合 分散均化。该机主要适用于粉体浆 料的混合分散均化，并兼有粉碎功
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Ｅｘｐｅｒｔ
表 ３ 典型机械搅拌分散机
设备名称 Ｇ Ｆ １ 高速分散机 Ｔ ５ ０ 分散机 Ｆ ２ ５ Ａ 型高剪切分散乳化机 Ｍ Ｓ － １ 型高剪切分散乳化机 Ｆ Ｍ 实验室型高剪切分散乳化机 Ｆ Ａ ９ ０ － １ ． ５ 间歇式高剪切分散乳化机 Ｇ Ｅ Ｉ Ｏ ４ 高速分散机 Ｋ Ｄ ３ ７ ０ 涂料快速分散实验机 Ｆ ６ ／ １ ０ 手持式超细均浆机
规格（ｒ ｐ ｍ ） ２８００－２８０００ ４０００－１０００ ０－２８０００ ６００－６０００ ３００－１１０００ ６００－３６００ ０－８０００ ６３０ ５０００－３５０００
功率 Ｗ ３６０ １１００／７００ ５００／３５０ ５００ ３００ １５００ ４００ ３７０ １４５
体积范围
０．２５－３０Ｌ ０．２－５Ｌ ０．３－１０Ｌ ０．１－５Ｌ ５－５０Ｌ ３Ｌ