第七章 粉体的分散与表面处理
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)。
17
（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
2 R1 R2
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： H (1.4 ~ 1.8)r
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
10
（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
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 R UA , 6h A132 R F 6h 2
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
3
（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
11
（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
12
（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
位阻作用包含穿插作用和压缩作用
5
*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： A11 R1R2
FM 6h
2
R1 R2
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： F Q1Q2 (1 2a )
13
（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
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 粉体处理的方法百度文库工艺 7.2.2 表面处理剂
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
8
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
9
7.1.3 粉体的分散方法
16
（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
7
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)
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
2
（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:
UA A132 R1 R2 , 6h( R1 R2 ) F A132 R1 R2 6h 2 ( R1 R2 )
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
15
（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
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
14
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
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： U s U0s exp(h / h0 )
（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 ： U H C Re xp(h / D)
4
（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。
18
（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
19
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？
D2 D
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
6
（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 r 1 1 液桥力的计算式为：H 2r sin sin sin( )
20
（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
2 R1 R2
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： H (1.4 ~ 1.8)r
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
10
（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
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 R UA , 6h A132 R F 6h 2
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
3
（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
11
（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
12
（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
位阻作用包含穿插作用和压缩作用
5
*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： A11 R1R2
FM 6h
2
R1 R2
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： F Q1Q2 (1 2a )
13
（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
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 粉体处理的方法百度文库工艺 7.2.2 表面处理剂
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
8
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
9
7.1.3 粉体的分散方法
16
（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
7
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)
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
2
（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:
UA A132 R1 R2 , 6h( R1 R2 ) F A132 R1 R2 6h 2 ( R1 R2 )
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
15
（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
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
14
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
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： U s U0s exp(h / h0 )
（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 ： U H C Re xp(h / D)
4
（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。
18
（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
19
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？
D2 D
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
6
（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 r 1 1 液桥力的计算式为：H 2r sin sin sin( )
20