微粉的團聚

如何解決顆粒的團聚問(wèn)題？

來(lái)源：中國粉體網(wǎng)

         團聚與分散是顆粒（尤其是細粒、超細粒子）在介質(zhì)中兩個(gè)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(tài)成為團聚；顆粒彼此互不相干，能自由運動(dòng)的狀態(tài)稱(chēng)為分散。

        顆粒的分散技術(shù)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(lǐng)域。在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)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(zhù)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能；在材料科學(xué)領(lǐng)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(guò)程中分散技術(shù)是最關(guān)鍵的技術(shù)�？傊�，分散已成為提高產(chǎn)品（材料）質(zhì)量和性能、提高工藝效率不可或缺的技術(shù)手段。

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

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

        ② 附聚體 指以點(diǎn)、角相接的原級粒子團族或小顆粒在大顆粒上的附著(zhù)，其總表面積比凝聚體大，但小于單個(gè)粒子組成之和，再分散比較容易。 凝聚體和附聚體也稱(chēng)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(lián)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(fā)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(tài)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(guò)65%時(shí)，水蒸氣開(kāi)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(zhù)力。通常機械力是由高速旋轉的葉輪圓盤(pán)或高速氣流的噴射及沖擊作用所引起的氣流強湍流運動(dòng)造成的。 機械分散較易實(shí)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(méi)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(chǎn)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(xué)方法對顆粒進(jìn)行處理，有目的地改變其表面物理化學(xué)性質(zhì)的技術(shù)，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(zhì)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(lái)進(jìn)行顆粒分散，問(wèn)題的關(guān)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(guò)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(guò)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(wèn)|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?xún)纱箢?lèi)，具體分類(lèi)見(jiàn)表2。

         2）顆粒在液體中分散的途徑 

        ① 介質(zhì)調控 根據顆粒的表面性質(zhì)選擇適當的介質(zhì)，可以獲得充分分散的懸浮液。選擇分散介質(zhì)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(xué)條件相配合才能保證良好分散的實(shí)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(xué)條件，主要是通過(guò)加入適量的分散機來(lái)實(shí)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(wú)機電解質(zhì)、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(yè)懸浮液直接置于超聲場(chǎng)中，控制恰當的超聲頻率及作用時(shí)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(shí)產(chǎn)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(guò)熱超聲攪拌，因為隨著(zhù)熱能和機械能的增加，顆粒碰撞的幾率也增加，反而導致進(jìn)一步的團聚。

         ④ 機械攪拌調控 機械攪拌分散是指通過(guò)強烈的機械攪拌方式引起液流強湍流運動(dòng)產(chǎn)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(wèn)題是：一旦顆粒離開(kāi)機械攪拌產(chǎn)生的湍流場(chǎng)，外部環(huán)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(xué)分散劑的雙重作用往往可獲得更好的分散效果。