第七章粉体的分散与表面处理
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
（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
第七章粉体的分散与表面处理
2020/11/26
1
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5～100nm
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
（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理
7.2.2 表面处理剂 包括偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸和有机低聚物、水溶性高分子、无机表
面处理剂等
第七章思考题
1、颗粒间的相互作用力及成因？ 2、颗粒的分散原则？ 3、颗粒的分散方法及原理？ 4、分散剂的分类及作用方式？ 5、粉体表面处理的目的及方法？
（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
FQD1Q22
(12a) D
（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
曲间如率时果半，径毛颗细，粒管的为作润颗用湿粒力性润近良湿似好接为（触：角趋近于0）H ， 颗2 粒与r颗s粒间i相n 互2 r接s触i（n a=R 01 ）1 ，且R 1 2 在 10s -40i°之n ()
H(1.4~1.8)r
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
/2＞＞0 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/s＝s/g-(s/l+l/g)＝l/g(cos-1)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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（h<<R），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U 介质A3 中 颗6 粒h A 1(与1 R 颗1 3 R 粒 1 2 R 2R 相2 2 互),作用的F 哈马 克6 常h A 2 数1 (R 3 R 11 2 R R 22)
谢谢大家！
2020/11/26
21
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
（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，
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：Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH
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
（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
UAA6 1h 3R 2, FA 61h32R 2
（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 ：
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
（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
（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
（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
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
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
位阻作用包含穿插作用和压缩作用
*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F间M的静6电Ah1引21力 R提R1出1R了R2下2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
U sU 0sexh p/h (0)
U HC Rxe (p h/D )
（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。
沉淀反应表面处理
（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
第七章粉体的分散与表面处理
2020/11/26
1
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5～100nm
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
（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理
7.2.2 表面处理剂 包括偶联剂、表面活性剂、有机硅、不饱和有机酸和有机低聚物、水溶性高分子、无机表
面处理剂等
第七章思考题
1、颗粒间的相互作用力及成因？ 2、颗粒的分散原则？ 3、颗粒的分散方法及原理？ 4、分散剂的分类及作用方式？ 5、粉体表面处理的目的及方法？
（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
FQD1Q22
(12a) D
（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
曲间如率时果半，径毛颗细，粒管的为作润颗用湿粒力性润近良湿似好接为（触：角趋近于0）H ， 颗2 粒与r颗s粒间i相n 互2 r接s触i（n a=R 01 ）1 ，且R 1 2 在 10s -40i°之n ()
H(1.4~1.8)r
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
/2＞＞0 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/s＝s/g-(s/l+l/g)＝l/g(cos-1)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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（h<<R），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U 介质A3 中 颗6 粒h A 1(与1 R 颗1 3 R 粒 1 2 R 2R 相2 2 互),作用的F 哈马 克6 常h A 2 数1 (R 3 R 11 2 R R 22)
谢谢大家！
2020/11/26
21
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
（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，
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：Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH
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
（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
UAA6 1h 3R 2, FA 61h32R 2
（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 ：
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
（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
（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
（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
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
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
位阻作用包含穿插作用和压缩作用
*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F间M的静6电Ah1引21力 R提R1出1R了R2下2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
U sU 0sexh p/h (0)
U HC Rxe (p h/D )
（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。