粉体的分散与表面处理
合集下载
粉体工程讲稿网(第13讲)(粉体分散)
第6 章粉体分散6.1 工业生产中的粉体分散（的重要性）6.1.1 粉体颗粒的聚集形态1、原级颗粒最先形成粉体物料的颗粒，称为原级颗粒。
因为它是第一次以固态存在的颗粒，故又称一次颗粒或基本颗粒。
从宏观角度看，它是构成粉体的最小单元。
根据粉体材料种类的不同，这些原级颗粒的形状，有立方体状的，有针状的，有球状的，还有不规则晶体状的。
粉体物料的许多性能都是与它的分散状态，即与它的单独存在的颗粒大小和形状有关。
真正能反映出粉体物料的固有性能的，就是它的原级颗粒。
2、聚集体颗粒聚集体颗粒是由许多原级颗粒靠着某种化学力与其表面相连而堆积起来。
因为它相对于原级颗粒来说，是第二次形成的颗粒，所以又称二次颗粒。
由于构成聚集体颗粒的各原级颗粒之间，均以表面相互重叠，因此，聚集体颗粒的表面积比构成它的各原级颗粒的总和为小。
聚集体颗粒中各原级颗粒之间有很强烈的结合力，彼此结合得十分牢固，并且聚集体颗粒本身就很小，很难将它们分散成为原级颗粒，必须再用粉碎的方法才能使其解体。
3、凝聚体颗粒凝聚体颗粒是在聚集体颗粒之后形成的，故又称三次颗粒。
它是由原级颗粒或聚集体颗粒或两者的混合物，通过比较弱的附着力结合在一起的疏松的颗粒群，而其中各组成颗粒之间是以棱或角结合的。
凝聚体颗粒也是在物料的制造与加工处理过程中产生的。
例如，湿法沉淀的粉体，在干燥过程中便形成大量的凝聚体颗粒。
4、絮凝体颗粒粉体在许多实际应用中，都要与液相介质构成一定的分散体系。
在这种液固分散体系中，由于颗粒之间的各种物理力，迫使颗粒松散地结合在一起，所形成的粒子群，称为絮凝体颗粒。
6.1.2 颗粒悬浮体分散的重要性所谓颗粒分散是指粉体颗粒在流体介质中分离散开并在整个流体介质中均匀分布的过程，在粉体工业加工和测试过程中，保持颗粒悬浮体的分散具有重要意义。
许多过程的成败甚至完全取决于颗粒悬浮体能否良好分散。
1、固—液工业悬浮体研究纳米粉体分散的意义主要体现在以下几个方面。
粉体的分散与表面能
粉体的表面现象
最大特点：具有大的比表面积和表面 能。
1、粉体颗粒表面表面的不饱和性 2、粉体颗粒表面表面的非均质性
粉体颗粒为何需要分散？
粉体颗粒由于粒径小, 表面原子比例大, 比表面大, 表面能大, 处于能量不稳定 状态 , 因此很容易团聚导致颗粒增大.
引起纳米粉体产生团聚的原因
1、材料在纳米化过程中,在新生的纳米粒子的表面积累了大量的 正电荷或负电荷,这些带电粒子极不稳定,为了趋向稳定,它们互相 吸引,使颗粒团ຫໍສະໝຸດ ,此过程的主要作用力是静电库仑力。
分散
在空气中的分散方法
机械分散 干燥分散 颗粒表面改性分散 静电分散 复合分散
颗粒在液体中的分散
1、颗粒的浸润 2、颗粒团聚体在机械力作用下的解体和分
散 3、颗粒或较小的团聚体稳定，阻止进一步
发生团聚
固体在固液体系中的分散调控
介质调控 分散剂调控 机械调控 超声调控
无机电解质 高分子分散剂 表面 活性剂
2、材料在纳米化过程中,吸收了大量机械能或热能,从而使新生的 纳米颗粒表面具有相当高的表面能,粒子为了降低表面能,往往通 过相互聚集而达到稳定状态,因而引起粒子团聚。
3、当材料纳米化至一定粒径以下时,颗粒之间的距离极短,颗粒之 间的范德华力远远大于颗粒自身的重力,颗粒往往互相吸引团聚。
4、由于纳米粒子表面的氢键,吸附湿桥及其他的化学键作用,也易 导致粒子之间的互相黏附聚集。
END 谢谢，请多指教
最大特点：具有大的比表面积和表面 能。
1、粉体颗粒表面表面的不饱和性 2、粉体颗粒表面表面的非均质性
粉体颗粒为何需要分散？
粉体颗粒由于粒径小, 表面原子比例大, 比表面大, 表面能大, 处于能量不稳定 状态 , 因此很容易团聚导致颗粒增大.
引起纳米粉体产生团聚的原因
1、材料在纳米化过程中,在新生的纳米粒子的表面积累了大量的 正电荷或负电荷,这些带电粒子极不稳定,为了趋向稳定,它们互相 吸引,使颗粒团ຫໍສະໝຸດ ,此过程的主要作用力是静电库仑力。
分散
在空气中的分散方法
机械分散 干燥分散 颗粒表面改性分散 静电分散 复合分散
颗粒在液体中的分散
1、颗粒的浸润 2、颗粒团聚体在机械力作用下的解体和分
散 3、颗粒或较小的团聚体稳定，阻止进一步
发生团聚
固体在固液体系中的分散调控
介质调控 分散剂调控 机械调控 超声调控
无机电解质 高分子分散剂 表面 活性剂
2、材料在纳米化过程中,吸收了大量机械能或热能,从而使新生的 纳米颗粒表面具有相当高的表面能,粒子为了降低表面能,往往通 过相互聚集而达到稳定状态,因而引起粒子团聚。
3、当材料纳米化至一定粒径以下时,颗粒之间的距离极短,颗粒之 间的范德华力远远大于颗粒自身的重力,颗粒往往互相吸引团聚。
4、由于纳米粒子表面的氢键,吸附湿桥及其他的化学键作用,也易 导致粒子之间的互相黏附聚集。
END 谢谢，请多指教
粉体制备流程
粉体制备流程粉体制备是将原料粉末通过一定的加工工艺，制备成符合要求的粉末产品的过程。
粉体制备在多个领域都有应用，比如材料科学、化学工程、制药工程等。
下面将详细介绍粉体制备的一般步骤和流程。
1. 原料准备•首先需要准备所需的原料，原料可以是固态物质、液态物质或气态物质。
原料的选择应根据所需制备的粉末特性和用途来确定。
•对于固态原料，要确保其颗粒大小和形状均匀、无结块，并且符合所需粉末的要求。
•对于液态原料，要确保其纯度高、稳定性好，并且符合所需粉末的要求。
2. 破碎和分散•如果原料是固态物质，通常需要进行破碎和分散的处理。
这可以通过机械碾磨、研磨等方法来实现。
•目的是将原料块破碎成颗粒较小的粉末，并且使得粉末分散均匀。
3. 混合和均质•粉体制备过程中，通常需要将多种原料进行混合，以得到所需的成分组合和均匀性。
•常用的混合设备有双轴混合机、容器倾斜式混合机、环保式混合机等。
•混合过程中，要控制混合时间、混合速度和混合温度，以确保混合均匀。
4. 加工和成型•经过混合的原料通常需要进行进一步的加工和成型，以得到所需的产品形态。
•加工和成型的方法有很多种，比如干压制、湿压制、注射成型等，具体的选择要根据原料性质和产品要求来确定。
5. 干燥和烧结•加工和成型后的粉末通常需要进行干燥和烧结的处理。
•干燥的目的是除去粉末中的水分，提高粉末的密实度。
•烧结是指将粉末在高温下加热，使其颗粒间形成金属键或键合，提高粉末的力学性能和化学稳定性。
6. 表面处理•在一些应用中，粉末的表面性质对最终产品的性能有重要影响。
•表面处理方法有很多种，比如涂覆、喷涂、渗透等，具体的选择要根据表面需求来确定。
•表面处理的目的是改善粉末的应用性能，比如提高粉末的润湿性、抗腐蚀性等。
7. 品质检测•粉体制备过程中，需要对产品进行品质检测，以确保产品符合要求。
•常用的品质检测方法有颗粒度分析、比表面积测试、粉末流动性测试、化学成分分析等。
•品质检测的结果将指导后续工艺的优化和改进。
纳米粉体的分散及表面改性讲课教案
散射光強度的對數與散射矢量間的 關係
No Image
膨潤土懸浮液的分維值隨pH值的變 化
No Image
奈米TiO2水懸浮液屈服應力隨固含 量的變化曲線
No Image
返回
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
pH值=9時SiN漿料的固相含量對 ESA測定值的影響
改變介質性質途徑
改變溶液的pH值 改變溶液的離子強度 吸附可溶性金屬離子或添加表面
活性劑，產生特性吸附
一些常見陶瓷粉體的等電點
其他可溶性金屬陽離子及其水合物 的特性吸附具電荷反轉特點
第一個電荷反轉CR1對應於金屬氧化物 本身的等電點，因為H和OH是電勢決定 離子
No Image
原子力顯微鏡測定原理示意
No Image
黏附氧化鋁球的V形懸臂探針
No Image
pH8.3時不同濃度的NaCl介質中 ZrO探針與ZrO基片間的作用力
No Image
pH9.5時不同濃度的NaCl介質中添加 300mg/kg PAA後ZrO表面間的作用力隨距離 的變化
No Image
pH=5.5，2000mg/kgPAA（分子量 10000，I=1.9×10-2mol/L）
No Image
pH5.5，PAA吸附在SiN上及pH8.3，PAA吸附在 ZrO上的構象示意圖（pH-pH1，代表時間）
No Image
丙烯酸銨和丙烯酸甲酯的共聚物
No Image
氧化鋁探針與表面的作用力曲線
本章章節2
4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.4 4.4.1 4.4.2 4.5 4.5.1 4.5.2 4.5.3
粉体的分散与表面处理
＝0
完全润湿或称铺展
润湿过程也能够用铺展系数S1/s来表达： S1/s＝s/g-(s/l+l/g)＝l/g(cos-1)
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）颗粒悬浮液旳分散状态及判据
两种不同旳分散状态：一种是形成团聚体，即单一 颗粒因为相互吸引，形成较大旳二次颗粒；另一种是 颗粒之间相互排斥，形成稳定旳分散体系
7.2.1 粉体表面处理旳措施及工艺
按实际使用措施，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 软团聚和硬团聚旳区别 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 可提升粉体与其他物质旳相容性，在改善颗粒在有 机高聚物基料中旳分散性旳同步，增强两种不同性质 材料之间旳结合力
A132 R1R2 6h(R1 R2 )
,
F A132 R1R2 6h2 (R1 R2 )
半径为R旳球形颗粒与片状颗粒间旳作用能与作用力
分别为
UA
A132 R 6h
,
F
A132 R 6h2
A132为在液体介质3中颗粒1与颗粒2相互作用旳哈马 克常数
3
（2）双电层静电作用能及作用力
来自于扩散层中旳离子相互接近时产生旳排斥或吸 引作用
10
（2）机械搅拌分散
指经过强烈旳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旳剪切力及 压力不小于颗粒间旳黏着力
机械搅拌分散旳时效性不长，即在停止机械作用一 定时间后颗粒可能重新团聚
11
精选粉体表面处理技术
胶印油墨用超分散剂的选择
立索尔红 / 罗宾红…8％…CH－5酞箐及炭黑颜料……10％……3：1 CH－5：CH-11B联苯胺黄…… 10％……3：1 CH－5： CH-22
CH－5使用方法
将研磨基料的树脂浓度降低至30－40％在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 在用基料调制油墨时多补充上述物质由于CH－5降低基料粘度，故可提高颜 料含量，减少溶剂用量，改善油墨干燥 性能
CH-2型超分散剂
—在增塑剂糊中的应用
CH－2型超分散剂在PVC用增塑剂糊中的应用
应用特点增加颜料含量， 缩短研磨时间， 提高 生产效率，节省加工能耗及劳动力成本低粘度，低假塑性，易流动，易泵输稳定性好，减少颜料沉降、絮凝、分色增塑剂含量少，通用性强高遮盖力，高着色强度
CH-2的使用方法
在增塑剂中加入计量的CH-2超分散剂， 充分搅拌至完全溶解，然后加入计量的 颜料（或填料）研磨。由于 CH-2的降粘作用，颜料（或填料） 含量要比传统用量高。CH-2的用量一般为颜料及填料用量的?1-2%，个别为2-5%。
改性技术的内容与发展趋势
粉体表面该性的原理和方法表面改性剂表面改性工艺与设备改性过程的控制与产品检测技术表面性能设计改性产品年增长15%新型表面改性剂及改性设备超细化、活性化及晶体积=形状因子/（密度X平均粒径）表面能 表面能=表面张力X比表面积表面官能团 种类、数量与比例表面润湿性（接触角）表面电性能
润湿分散剂的常见类型
1）水性体系 聚磷酸盐 表面活性剂 水溶性聚合物2）非水分散体系 天然高分子 合成高分子 偶联剂
CH-2在增塑剂糊中的典型应用配方
CH-6型超分散剂
—在增塑剂糊中的应用
CH－6型超分散剂在PVC用增塑剂糊中的应用
应用特点增加颜料含量， 缩短研磨时间， 提高 生产效率，节省加工能耗及劳动力成本低粘度，低假塑性，易流动，易泵输稳定性好，减少颜料沉降、絮凝、分色增塑剂含量少，通用性强高遮盖力，高着色强度
立索尔红 / 罗宾红…8％…CH－5酞箐及炭黑颜料……10％……3：1 CH－5：CH-11B联苯胺黄…… 10％……3：1 CH－5： CH-22
CH－5使用方法
将研磨基料的树脂浓度降低至30－40％在基料中尽量少使用胶质油或胶凝剂 在用基料调制油墨时多补充上述物质由于CH－5降低基料粘度，故可提高颜 料含量，减少溶剂用量，改善油墨干燥 性能
CH-2型超分散剂
—在增塑剂糊中的应用
CH－2型超分散剂在PVC用增塑剂糊中的应用
应用特点增加颜料含量， 缩短研磨时间， 提高 生产效率，节省加工能耗及劳动力成本低粘度，低假塑性，易流动，易泵输稳定性好，减少颜料沉降、絮凝、分色增塑剂含量少，通用性强高遮盖力，高着色强度
CH-2的使用方法
在增塑剂中加入计量的CH-2超分散剂， 充分搅拌至完全溶解，然后加入计量的 颜料（或填料）研磨。由于 CH-2的降粘作用，颜料（或填料） 含量要比传统用量高。CH-2的用量一般为颜料及填料用量的?1-2%，个别为2-5%。
改性技术的内容与发展趋势
粉体表面该性的原理和方法表面改性剂表面改性工艺与设备改性过程的控制与产品检测技术表面性能设计改性产品年增长15%新型表面改性剂及改性设备超细化、活性化及晶体积=形状因子/（密度X平均粒径）表面能 表面能=表面张力X比表面积表面官能团 种类、数量与比例表面润湿性（接触角）表面电性能
润湿分散剂的常见类型
1）水性体系 聚磷酸盐 表面活性剂 水溶性聚合物2）非水分散体系 天然高分子 合成高分子 偶联剂
CH-2在增塑剂糊中的典型应用配方
CH-6型超分散剂
—在增塑剂糊中的应用
CH－6型超分散剂在PVC用增塑剂糊中的应用
应用特点增加颜料含量， 缩短研磨时间， 提高 生产效率，节省加工能耗及劳动力成本低粘度，低假塑性，易流动，易泵输稳定性好，减少颜料沉降、絮凝、分色增塑剂含量少，通用性强高遮盖力，高着色强度
第七章粉体的分散与表面处理
（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
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
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
粉体表面改性及分散技术
1、纳米粉体的分散重要性
纳米粉体稳定分散在各种液相介质形成的分散体本身往往 就是十分重要的产品。如将某些具有特殊电磁性的纳米粉 体分散在液相介质中可制成导电料浆或磁性浆料；将纳米 TiO2粉体分散在水中或有机溶剂中可以制成具有抗紫外、 自清洁或光催化等特殊功能的涂料；这些产品的性能与纳 米粉体的分散状况密切相关。
3、粉体表面改性的目的
4、环境保护
某些公认的对健康有害的原料，如石棉，对人体健康有害主要 在于其生理活性；一是细而长的纤维形状（长度为5-100微米， 直径3微米以下的纤维）在细胞中特别具有活性；二是石棉表面 的极性点（这些极性点主要是OH-官能团）容易与构成生物要素 的氨基酸蛋白酶的极性基键合。如果这两个因素在细胞中起主导 作用的话，那么就可以认为表面改性有可能改变石棉的生理活性。 可用对人体无害和对环境不构成污染，又不影响其使用性能的其 他化学物质覆盖、封闭其表面的活性点OH-。
1、粉体的用途
在橡胶、塑料、涂料、胶粘剂等高分子材料工业及高 聚物基复合材料领域中，无机粉体填料占有很重要的 地位。如碳酸钙、高岭土、氢氧化铝、云母、石棉、 石英、硅藻土、白碳黑等等，不仅可以降低材料成本， 还能提高材料的硬度、刚性和尺寸稳定性，改善材料 的力学性能并赋予材料某些特殊的物理化学性能，如 耐腐蚀性、耐侯性、阻燃性和绝缘性等。
2、纳米粉体分散改性的目的
粉体表面改性及分散技术
主要内容
一．粉体表面改性 二．纳米粉体表面改性 三．超分散剂
超细粉体分类
分类
直径
原子数目
微米粉体
>1m
>1011
亚微米粉体 100nm~1 m 108
特征 体效应 体效应
纳米粉体 100nm~10nm 105 尺寸与表 1nm
- 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)。
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 粉体处理的方法及工艺 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
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
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
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。
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
判据：Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH
9
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
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
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
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
Q1Q2 D2
2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
液桥力的计算式为：H
2r
s in
r
2
sin
1 R1
1 R2
sin(
)
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
A132 R1R2 , 6h(R1 R2 )
F A132 R1R2 6h2 (R1 R2 )
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
UA
A132 R 6h
,
F
A132 R 6h2
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
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
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
（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：
Us 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
＝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)
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
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
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
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：
FM
A11 6h2
R1R2 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
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
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
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 粉体处理的方法及工艺 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
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
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
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。
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
判据：Ur＝UA+Uel+Us+Ust+UH
9
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
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
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
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
Q1Q2 D2
2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
液桥力的计算式为：H
2r
s in
r
2
sin
1 R1
1 R2
sin(
)
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
A132 R1R2 , 6h(R1 R2 )
F A132 R1R2 6h2 (R1 R2 )
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
UA
A132 R 6h
,
F
A132 R 6h2
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
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
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
（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：
Us 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
＝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)
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
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
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
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：
FM
A11 6h2
R1R2 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
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
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