微粉的團聚

如何解決顆粒的團聚問題？

來源：中國粉體網

         團聚與分散是顆粒（尤其是細粒、超細粒子）在介質中兩個方向相反的行為。在氣相或液相中，顆粒由于相互作用力而形成聚合狀態成為團聚；顆粒彼此互不相干，能自由運動的狀態稱為分散。

        顆粒的分散技術應用日益廣泛，遍及化工、冶金、食品、醫藥、涂料、造紙、建筑及材料等領域。在化學工業領域，如涂料、染料、油墨和化妝品中，分散及分散穩定性直接影響著產品的質量和性能；在材料科學領域，復合材料及納米材料制備的成敗與超微粉體的分散穩定性緊密相連。在超微粉體的制備、分級及加工過程中分散技術是最關鍵的技術�？傊�，分散已成為提高產品（材料）質量和性能、提高工藝效率不可或缺的技術手段。

        1 顆粒的團聚狀態 顆粒的團聚根據其作用機理可分為三種狀態：

 ① 凝聚體 指以面相接的原級粒子，其表面積比其單個粒子組成之和小得多，這種狀態再分散十分困難。

        ② 附聚體 指以點、角相接的原級粒子團族或小顆粒在大顆粒上的附著，其總表面積比凝聚體大，但小于單個粒子組成之和，再分散比較容易。 凝聚體和附聚體也稱二次粒子。 

       ③ 絮凝 指由于體系表面積的增加、表面能增大，為了降低表面能而生成的更加松散的結構。一般是由于大分子表面活性劑或水溶性高分子的架橋作用，把顆粒串聯成結構松散似棉絮的團狀物。在這種結構中，離子間的距離比凝聚體或附聚體大得多。

        2 顆粒在空氣中的團聚與分散 

        1）顆粒在空氣中發生團聚的原因 

        ① 顆粒間的作用力 范德華力、靜電力和液橋力是造成顆粒在空氣中團聚的最主要原因。這三種作用力中，靜電力與液橋力和范德華力相比小得多。 在空氣中，顆粒的團聚主要是液橋力造成的，而在非常干燥的條件下則是由范德華力引起的。因此，在空氣狀態下，保持超微粉體干燥是防止團聚的重要措施。另外，采用助磨劑和表面改性劑也是極有效的方法。 

        ② 空氣的濕度 當空氣的相對濕度超過65%時，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了團聚作用。 

        2）顆粒在空氣中分散的途徑 

        ① 機械分散 

         機械分散是指用機械力把顆粒團聚打散，它的必要條件是機械力（指流體的剪切力及壓應力）應大于顆粒間的粘著力。通常機械力是由高速旋轉的葉輪圓盤或高速氣流的噴射及沖擊作用所引起的氣流強湍流運動造成的。 機械分散較易實現，但由于這是一種強制性分散方法，盡管互相粘結的顆�？梢栽诜稚⑵髦斜淮蛏�，但它們之間的作用力沒有改變，當顆粒排出分散器后又有可能重新黏結聚團。另外，機械分散可能導致脆性顆粒被粉碎，且當機械設備磨損后其分散效果下降。

         ② 干燥分散 液橋力往往是分子間力的十倍或幾十倍，在潮濕空氣中，顆粒間形成的液橋是顆粒聚團的主要原因。因此，杜絕液橋的產生或破壞已形成的液橋是保證顆粒分散的主要手段之一。

         ③ 表面改性 表面改性是指采用物理或化學方法對顆粒進行處理，有目的地改變其表面物理化學性質的技術，使顆粒具有新的機能并提高其分散性。 由表中可看出：用不同改性劑、不同摻量處理CaCO3粉體，分散效果也不同。

         ④ 靜電分散 對于同質顆粒，由于表面帶電形同，靜電力反而起排斥作用。因此，可以利用靜電力來進行顆粒分散，問題的關鍵是如何使顆粒群充分帶電。采用接觸帶電、感應帶電等方式可以使顆粒帶電，但最有效的方法是電暈帶電，使連續供給的顆粒群通過電暈放電形成離子電簾，使顆粒帶電。

         3 顆粒在液體中的團聚與分散 

        1）固體顆粒的潤濕 顆粒表面濕潤性對粉體的分散具有重要意義，是粉體分散、固液分離、表面改性和造粒等工藝的理論基礎。固體顆粒被液體潤濕的過程主要基于顆粒表面的潤濕性。（欲了解粉體的潤濕性，請戳鏈接：每周一問|你知道粉體的濕潤是什么嗎？） 根據表面接觸角的大小，固體顆�？煞譃橛H水性和疏水性兩大類，具體分類見表2。

         2）顆粒在液體中分散的途徑 

        ① 介質調控 根據顆粒的表面性質選擇適當的介質，可以獲得充分分散的懸浮液。選擇分散介質的基本原則是：非極性顆粒易于非極性液體中分散；極性顆粒易于在極性液體中分散，即所謂相同極性原則。 另外，相同極性原則需要同一系列確定的物理化學條件相配合才能保證良好分散的實現。

         ② 分散劑調控 顆粒在液體中的良好分散所需的物理化學條件，主要是通過加入適量的分散機來實現的，分散機的加入強化了顆粒間的相互排斥作用。常用的分散劑主要有：無機電解質、表面活性劑和高分子分散劑。

         ③ 超聲調控 超聲調控是把需要處理的工業懸浮液直接置于超聲場中，控制恰當的超聲頻率及作用時間，以使顆粒充分分散。 超聲波對納米顆粒的分散更為有效，超聲波分散就是利用超聲空化時產生的局部高溫、高壓、強沖擊波和微射流等，較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能，有效防止納米微粒團聚而使之充分分散。但應當避免使用過熱超聲攪拌，因為隨著熱能和機械能的增加，顆粒碰撞的幾率也增加，反而導致進一步的團聚。

         ④ 機械攪拌調控 機械攪拌分散是指通過強烈的機械攪拌方式引起液流強湍流運動產生沖擊、剪切力及拉伸等機械力而使顆粒團聚碎解懸浮。 機械攪拌的主要問題是：一旦顆粒離開機械攪拌產生的湍流場，外部環境復原，它們又有可能重新形成聚團。因此，用機械攪拌加化學分散劑的雙重作用往往可獲得更好的分散效果。