粉末顆粒的分散與改性演示文稿

粉末顆粒的分散與改性演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)（優(yōu)選）粉末顆粒的分散與改性目前二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.1粉體的表面現(xiàn)象與表面能粉體顆粒的表面現(xiàn)象不飽和性（斷面）非均質(zhì)性（內(nèi)外原子或離子能量狀態(tài)不同）粉體顆粒的表面能與表面活性表面能（表面質(zhì)點(diǎn)有額外的勢(shì)能）表面活性（顆粒小，不飽和質(zhì)點(diǎn)多，提高表面活性）目前三頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)表面能顆粒表面能的數(shù)量不僅取決于比表面積的大小，還取決于斷面的幾何形狀、性質(zhì)和所處的位置。顆粒的粒度變細(xì)后，顆粒的表面能和表面活性將大大增加。目前四頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.2粉末顆粒的分散懸浮體系：固體顆粒在氣相中懸浮、固體顆粒在液相中懸??；液相顆粒在氣相中懸浮、液相顆粒在液相中懸浮。懸浮顆粒的分散性影響粉體工程單元操作和產(chǎn)品質(zhì)量以及粉體粒度的測(cè)量。目前五頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前六頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.2.1粉末顆粒在空氣中的分散

粉末顆粒粒徑很小時(shí)，極易在空氣中粘結(jié)成團(tuán)，特別是微米、亞微米級(jí)的超細(xì)粉末，這種現(xiàn)象對(duì)粉體的加工過程極為不利。目前七頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)一、顆粒之間的作用力

1.顆粒分子間的作用力球體間球與平板

2.顆粒間的靜電作用力

3.顆粒在濕空氣中的粘結(jié)力

液橋粘結(jié)力

4.磁性力

--單疇顆粒（粒徑在單疇臨界尺寸以下，只含有一個(gè)磁疇的顆粒）

5.顆粒表面不平滑引起的機(jī)械咬合力

目前八頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)粉末顆粒在空氣中的分散顆粒之間的作用力顆粒分子間的作用力－范德華力a)小分子之間力作用距離極短，約為1nm，它是一個(gè)典型的短程力，與分子間距的7次方成反比，。b)極大量分子集合體構(gòu)成的體系，如超細(xì)顆粒，隨著顆粒間距離的增大，其分子間的作用力的衰減程度明顯變緩。這是因?yàn)榇嬖谥鄠€(gè)分子的綜合作用之故。超細(xì)顆粒間分子的有效間距可達(dá)50nm，可看成長(zhǎng)程力。對(duì)于半徑分別為R1，R2的兩個(gè)球體，分子作用力Fm為：對(duì)于球與平板，A是Hamaker常數(shù)，單位J。Hamaker常數(shù)是物質(zhì)的一種特征常數(shù)，各種物質(zhì)的Hamaker常數(shù)A不同。在真空中A介于0.4-4.0×10-9J間。

目前九頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)

目前十頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)

目前十一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)

目前十二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)顆粒間的靜電作用力-氣態(tài)離子的擴(kuò)散產(chǎn)生接觸電位差引起的靜電引力。顆粒與其它物體接觸時(shí)，顆粒表面電荷等電量地吸引對(duì)方的異電荷，從而產(chǎn)生接觸電位差，其值可達(dá)0.5V。接觸電位差引起的靜電引力可由下式計(jì)算:

Fe=4πρsS

ρs為表面電荷密度，ρs=q/S,q為實(shí)測(cè)電量，S為接觸面積。

由鏡像力產(chǎn)生的靜電引力。鏡象力實(shí)際上是一種電荷感應(yīng)力。其大小是有下式確定：

Fim――鏡象力，單位N；Q――顆粒電荷，單位C；l――電荷中心距離，l=2(R+H+δ/2-D-ε)；R――顆粒半徑。庫(kù)侖力：帶電顆粒之間的靜電引力目前十三頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)顆粒在濕空氣中的粘結(jié)力當(dāng)空氣的相對(duì)濕度超過65％時(shí)，水蒸氣開始在顆粒表面及顆粒間凝集，顆粒間因形成液橋而大大增強(qiáng)了粘結(jié)力。液橋粘結(jié)力Fk主要由液橋曲面而產(chǎn)生的毛細(xì)壓力及表面張力引起的附著力組成，可用下式表示:

目前十四頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)機(jī)械分散：是指用機(jī)械力把顆粒團(tuán)聚團(tuán)打散。機(jī)械分散的必要條件是機(jī)械力（通常是指流體的剪切力及壓差力）應(yīng)大于顆粒間的黏著力。干燥：由于潮濕空氣中顆粒間形成液橋是顆粒團(tuán)聚的重要原因，而液橋力是分子間作用力的十倍或幾十倍，因此，杜絕液橋的產(chǎn)生后破壞業(yè)已形成的液橋是保證顆粒分散的重要途徑。工程上一般采用加熱烘干法，比如用紅外線、微波、噴霧干燥等手段加熱微細(xì)顆粒，降低粉體的水分含量可保證物料的松散。疏水處理：對(duì)顆粒表面進(jìn)行疏水處理，減小水對(duì)顆粒的潤(rùn)濕性。比如對(duì)玻璃表面的硅烷化處理可使水對(duì)玻璃的潤(rùn)濕由0°提高到118°，因而可有效地抑制玻璃珠表面與平板玻璃間液橋的產(chǎn)生，降低相互間的作用力，減少顆粒團(tuán)聚的傾向。靜電分散：對(duì)于同質(zhì)顆粒，如果表面荷電性質(zhì)相同，靜電力起到排斥作用，因此可用靜電力進(jìn)行顆粒分散。其方法是將顆粒群連續(xù)通過電暈放電形成的離子電簾，從而使顆粒表面荷電，其最終荷電量與電場(chǎng)強(qiáng)度和顆粒的介電常數(shù)相關(guān)。二、顆粒在空氣中的分散方法

目前十五頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十六頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)目前十七頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)固體顆粒在液體中的分散固體顆粒在液體中的分散過程，本質(zhì)上受兩種基本作用支配，即液體對(duì)固體顆粒的浸潤(rùn)及液體中固體顆粒間的相互作用。目前十八頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)液體對(duì)固體顆粒的浸潤(rùn)一圓柱體顆粒懸浮與液體的表面。如顆粒表面張力及潤(rùn)濕角足夠大，顆粒將穩(wěn)定地處于液體表面而不下沉。懸浮于表面的條件為：

4dγglsinθ≥d2H(ρp－ρl)g＋d2himρlg

式中d為圓柱體顆粒的橫截面直徑，H是顆粒高，ρl是液體密度，ρp

是顆粒密度，

γgl是液體表面張力，θ是潤(rùn)濕角，him是顆粒表面的沉沒深度。目前十九頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)顆粒間的相互作用力分子間的作用力：當(dāng)微粒在液體中時(shí)候，必須考慮液體分子與顆粒分子群的作用，以及這種作用對(duì)顆粒間分子作用力的影響。

Hamaker常數(shù)：A132=(A111/2－A331/2)(A221/2－A331/2)

FM＝－A132R/12h2

不同質(zhì)顆粒：A33介于A22與A11間則A132為負(fù)，F(xiàn)M為正，排斥力。同質(zhì)顆粒：A11＝A22A132為正，F(xiàn)M為負(fù)，恒為吸引力。雙電層作用力：當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子，也可以是固體分子本身的電離作用使離子進(jìn)入溶液，以致使固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。固液之間可以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)處（即固相連帶束縛的溶劑化層和溶液之間）的電勢(shì)稱為ζ電位（Zeta電位）。同質(zhì)固體顆粒：雙點(diǎn)層靜電作用力恒表現(xiàn)為排斥力，因此它是防止顆粒相互團(tuán)聚的主要原因之一。不同質(zhì)的顆粒：Zeta電位為不同值，甚至不同號(hào)，對(duì)于電位異號(hào)的顆粒，靜電作用力則表現(xiàn)為吸引力，即使電位同號(hào)，若兩者絕對(duì)值相差很大，顆粒間仍可出現(xiàn)靜電引力。

目前二十頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)溶劑化膜作用力：顆粒在液體中引起其周圍液體分子結(jié)構(gòu)的變化，稱為結(jié)構(gòu)化。對(duì)于極性表面的顆粒，極性液體分子受顆粒的很強(qiáng)作用，在顆粒周圍形成一種有序排列并具有一定機(jī)械強(qiáng)度的溶劑化膜。對(duì)非極性表面的顆粒，極性液體分子將通過自身的結(jié)構(gòu)調(diào)整而在顆粒周圍形成具有排斥顆粒作用的另一種溶劑化膜。水的溶劑膜作用力FS可由下式給出

Fs=Kexp(-h/λ)λ為體相水中氫鍵鍵長(zhǎng)，h是溶劑膜厚度，K是系數(shù)。極性表面：K>0，F(xiàn)S為排斥力非極性表面：K<0，F(xiàn)S為吸引力目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)高分子聚合物吸附層的空間位阻效應(yīng)：當(dāng)顆粒表面吸附有機(jī)或無機(jī)聚合物時(shí)，聚合物吸附層將在顆粒接近時(shí)產(chǎn)生一種附加的作用，稱為空間位阻效應(yīng)。當(dāng)吸附層牢固且相當(dāng)致密，有良好溶劑化性質(zhì)時(shí)，它起對(duì)抗微粒接近及聚團(tuán)的作用，此時(shí)高聚物吸附層表現(xiàn)出很強(qiáng)的空間排斥力。雖然這種力只是當(dāng)顆粒間距達(dá)到雙方吸附層接觸時(shí)才出現(xiàn)。另一種情況，當(dāng)鏈狀高分子在顆粒表面的吸附密度很低，比如小于50%或更小，它們可以同時(shí)在兩個(gè)或多個(gè)顆粒表面吸附，此時(shí)顆粒通過高分子的橋連作用而聚團(tuán)。這種聚團(tuán)的結(jié)構(gòu)疏松，密度低，強(qiáng)度也低，聚團(tuán)中的顆粒相距較遠(yuǎn)。目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)顆粒的聚集狀態(tài)DLVO理論：顆粒的聚團(tuán)與分散主要取決于他們間分子吸引力與雙電層靜電排斥力的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)顆粒距離較大時(shí)，雙電層未重疊，吸引力起主要作用，因此總勢(shì)能為負(fù)值。當(dāng)顆粒靠近到一定距離以至雙電層重疊，則排斥力起主要作用，勢(shì)能顯著增加，但與此同時(shí)，粒子之間的吸引力也隨距離的縮短而增大。當(dāng)距離縮短到一定程度后，吸引力又占優(yōu)勢(shì)，勢(shì)能便隨之下降。實(shí)際的情況遠(yuǎn)比上述理論分析復(fù)雜的多。首先顆粒間相互作用與顆粒的表面性質(zhì)，特別是潤(rùn)濕性密切相關(guān)。其次，這種相互作用還與顆粒表面覆蓋的吸附層的成分、覆蓋率、吸附濃度及厚度等有關(guān)。對(duì)于異質(zhì)顆粒還可能出現(xiàn)分子作用力為排斥力而靜電作用力為吸引力的情況。目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)三、固－液體系中固體顆粒分散的調(diào)控體系的調(diào)控：相同極性原則極性顆粒－極性溶劑非極性顆粒－非極性溶劑分散劑的加入：無機(jī)電解質(zhì)：聚磷酸鈉，硅酸鈉，氫氧化鈉及蘇打等作用：在顆粒表面吸附，一方面顯著提高顆粒表面Zeta電位值，從而產(chǎn)生強(qiáng)的雙電層靜電排斥作用。聚合物在顆粒表面的吸附層可誘發(fā)很強(qiáng)的空間位阻效應(yīng)?？稍鰪?qiáng)顆粒表面對(duì)水的潤(rùn)濕程度，從而有效防止顆粒在水中的聚團(tuán)。表面活性劑：其分散作用主要表現(xiàn)為它對(duì)顆粒表面濕潤(rùn)性的調(diào)整。高分子聚合物：利用它在顆粒表面的吸附膜的強(qiáng)化的空間位阻效應(yīng)。這種分散劑要求吸附膜致密，空間位阻大，因而其用量也就大。機(jī)械調(diào)控：超聲分散機(jī)械攪拌目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)常用分散體系介質(zhì)類別介質(zhì)溶液固體顆粒分散劑極性水大多數(shù)無機(jī)鹽、氧化物、硅酸鹽類顆粒、煤粉、木炭、炭黑、石墨顆粒等鞣酸、亞油酸鈉、草酸鈉極性有機(jī)溶劑乙醇、乙二醇、丁醇、甘油+水、丙醇錳、銅、鐵、鈷金屬粉，氧化物陶瓷粉、糖粉、淀粉、有機(jī)物粉。六偏磷酸鈉等非極性有機(jī)溶劑環(huán)已烷、二甲苯、苯煤油、四氯化碳絕大多數(shù)疏水顆粒、水泥、白堊、碳化鎢顆粒等。亞油酸等目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.3粉末顆粒的表面改性

2.3.1定義用一定的方法對(duì)顆粒表面進(jìn)行處理、修飾及加工，有目的地改變顆粒表面的物理、化學(xué)性質(zhì)，以滿足粉末加工過程及應(yīng)用的需要。主要方法物理方法：機(jī)械力處理、輻射、濺射以及相結(jié)合的真空技術(shù)處理。化學(xué)方法：浸泡、原位或非原位化學(xué)反應(yīng)的表面吸附或沉積。處理目的親水性修飾；親油性修飾；改變磁性；改變電性；改變光學(xué)性質(zhì)；增加耐候性。目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.3.2粉末顆粒的表面改性方法一、物理法表面改性

1.超聲處理：改變材料的特性和狀態(tài)。主要作用：清洗表面污染物；分解表面試劑吸附層；空化作用；促進(jìn)懸浮體結(jié)構(gòu)分散；改變半導(dǎo)體和順磁顆粒的性能。

2.輻射處理：改變顆粒表面性質(zhì)。

3.電化學(xué)改性：改變顆粒表面成分及特性。

4.等離子體表面改性：改變顆粒表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)一、物理法表面改性超聲處理：超聲波可產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)及對(duì)介質(zhì)的空化，并由此誘導(dǎo)出熱、光、電、化學(xué)和生物現(xiàn)象，甚至使材料的特性和狀態(tài)發(fā)生變化。

輻射處理是將高能射線與物質(zhì)相互作用，在極短的時(shí)間內(nèi)將能量傳遞給介質(zhì)，使介質(zhì)發(fā)生電離和激發(fā)等變化，從而引起缺陷生成，輻射化學(xué)反應(yīng)，熱效應(yīng)，荷電效應(yīng)等從而使顆粒表面性質(zhì)發(fā)生變化。改變顆粒表面性質(zhì)。外加電場(chǎng)：當(dāng)固—液體系（如礦物顆粒一水的礦漿）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)各種無機(jī)離子達(dá)到平衡，整個(gè)體系存在一個(gè)平衡電位，即礦漿電位。當(dāng)通過電極施加電場(chǎng)作用于整個(gè)礦漿時(shí)，各種離子的平衡被打破，礦漿的離子組成發(fā)生變化，從而引起礦物顆粒表面成分及特性發(fā)生變化。主要作用：清洗表面污染物；分解表面試劑吸附層；促進(jìn)空化作用；懸浮體結(jié)構(gòu)分散；改變半導(dǎo)體和順磁顆粒的性能

2.3.2粉末顆粒的表面改性方法目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)物理法表面改性等離子體：等離子體是由大量帶正負(fù)電荷的粒子和中性粒子構(gòu)成，并宏觀表現(xiàn)為電中性，導(dǎo)電率很高的氣態(tài)物質(zhì)。是物質(zhì)存在的第四狀態(tài)。等離子體可通過高溫下粒子的熱運(yùn)動(dòng)，使分子，原子劇烈碰撞離解形成離子和電子。用等離子處理粉末的方法有：（1）用聚合物氣體的等離子體對(duì)粉末進(jìn)行表面處理，在顆粒表面形成聚合物薄膜。（2）用非聚合物氣體如Ar，He，H2O的等離子體處理粉末表面，除去粉末表面吸附的雜質(zhì)，并在粉末表面引入各種活性基團(tuán)。（3）也可由顆粒表面活性自由基引發(fā)接聚合反應(yīng)，從而生成大分子量的聚合物薄膜。

目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)二、化學(xué)法表面改性包覆處理改性固相包覆改性：通常是指將常溫下互無粘性也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的兩種物質(zhì)（一種是要改性的無機(jī)物顆粒，另一種是無機(jī)物超細(xì)粉，也可是有機(jī)物）通過一定的處理，使一種物質(zhì)或幾種物質(zhì)包覆在顆粒表面，從而實(shí)現(xiàn)表面改性的方法。實(shí)現(xiàn)固相包覆主要是靠機(jī)械力作用。對(duì)于高分子聚合物固相包覆，是使高聚物在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生裂解，結(jié)構(gòu)化，環(huán)化，離子化和異構(gòu)化等化學(xué)變化，然后在活性固體表面，在引發(fā)劑作用下實(shí)現(xiàn)聚合及接枝而包覆固體顆粒表面。液相包覆改性是指在液相中通過化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆，包覆物質(zhì)包括金屬氧化物，金屬，聚合物，硫化物等。常用的液相包覆方法包括溶膠凝膠法，沉淀法，微乳液法，非均相凝聚法，化學(xué)鍍等?；瘜W(xué)氣相沉積表面包覆改性表面化學(xué)改性目前三十頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)2.3.3表面改性劑偶聯(lián)劑：偶聯(lián)劑是兩性結(jié)構(gòu)物質(zhì)，分子中的一部分基團(tuán)可與顆粒表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，從而將粉體顆粒與有機(jī)基體兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固地結(jié)合在一起，改善因加入固體相顆粒的復(fù)合材料的強(qiáng)度，體系流變性等。常見的類型：有機(jī)硅、鈦酸酯、鋁酸酯偶聯(lián)劑和有機(jī)鉻化合物。特點(diǎn)：鈦酸酯偶聯(lián)劑表面修飾效果較好，價(jià)格低廉，應(yīng)用范圍廣。有機(jī)硅最常用的是硅烷偶聯(lián)劑，其它如有機(jī)膦、硼化合物等也有較好的應(yīng)用。目前三十一頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)通式：Y—R—Si—X3

，其中X為與硅原子結(jié)合的水解性基，有氯基，烷氧基，乙酰氧基，異丙烯基，氨基等。X基團(tuán)特性：乙酰氧基，異丙烯氧基，氨基為水解性基的硅烷反應(yīng)活性強(qiáng)，水解反應(yīng)速度快，貯存穩(wěn)定性低，使用不便。以氯為水解基的硅烷偶聯(lián)劑水解產(chǎn)生HCl腐蝕性強(qiáng)。目前市售常用的是烷氧基為水解性基的硅烷。水解性基X的水解反應(yīng)速度與PH值相關(guān)，PH值為7時(shí)水解速度最慢。烷氧基數(shù)目越多，水解反應(yīng)速度越快，另外烷氧基的碳數(shù)越多，水解速度越慢。Y基團(tuán)特性：是能與有機(jī)基質(zhì)反應(yīng)的有機(jī)官能基，典型的有機(jī)官能基有乙烯基，環(huán)氧基，甲基丙烯酰氧基，氨基，硫基等。適用于不同的有機(jī)樹脂體系，有機(jī)官能團(tuán)通過亞烷基R形成Si—C鍵而與硅原子結(jié)合，有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。作用機(jī)理：硅烷偶聯(lián)劑同粉末顆粒的結(jié)合，是從硅烷低聚物與顆粒表面的羥基作用開始的，因此表面上具有活性羥基的無機(jī)物如玻璃，二氧化硅等有很強(qiáng)的親和性和反應(yīng)性，而對(duì)表面無羥基或極性很小的無機(jī)物如碳酸鈣，碳黑等，硅烷偶聯(lián)劑的處理效果就較差。目前三十二頁(yè)\總數(shù)三十三頁(yè)\編于十八點(diǎn)鈦酸脂