粉体“抱团”?——分散与团聚的博弈


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  从团聚到分散:粉体调控的关键密码。

中国粉体网讯  粉体是由大量离散颗粒组成的多相体系,其独特的不连续性和复杂相互作用赋予材料特殊的物理化学行为。在制药、能源材料、3D打印等领域,粉体特性直接影响工艺效率与产品性能。


在粉体材料中,微粒之间不仅存在范德瓦耳斯力,而且还存在由于双电层而产生的斥力。当微粒之间的斥力大于引力时,微粒互相排斥,颗粒分散;当引力大于斥力时,微粒自发地互相接近,颗粒团聚。


粉体分散


粉体分散是指物料颗粒尽可能地分散开来,物料颗粒之间形成一定的空间距离。


粉体分散方法


粉体分散方法主要包括机械分散、干燥分散、颗粒表面改性分散、静电分散四种。


(1)机械分散


机械分散技术是通过施加外部机械作用力实现团聚体解团方法,因其操作简便而成为粉体领域最常用的分散方法。该方法的重点在于施加的机械力(剪切力及压力)应大于颗粒间的内聚力。


(2)干燥分散


液桥力是粉体团聚的关键因素,其强度通常是分子间范德华力的10倍到100倍,因此为保持粉体的分散状态,进行干燥分散尤为重要。


(3)颗粒表面改性分散


表面改性方法通常添加少量添加剂,其可以在颗粒表面形成薄膜或与颗粒发生化学反应,减少颗粒间的范德华力,实现隔离作用。此外,针对吸湿性颗粒,加入防潮剂可以抑制水分吸附,防止水膜的形成,从而消除液桥效应,促进颗粒的分散。


(4)静电分散


静电分散是通过给粉体加同一极性静电荷,利用库伦排斥力实现细颗粒分散。其中,颗粒带电效率是影响分散效果的决定性参数,目前,电晕带电法因其高效性而成为主流的带电方式,其工作原理是在高压电场作用下,放电电极周围发生电晕放电现象,产生大量空间电荷,这些离子通过物理过程将电荷转移至颗粒表面,完成带电过程。


粉体团聚


粉体团聚是指在制备、分离、处理及存储过程中,细小颗粒因相互作用而聚集形成较大颗粒团块的现象。


按照团聚体形成原因,团聚可划分为硬团聚和软团聚两类,其中,软团聚主要由颗粒间范德华力及静电相互作用导致,团聚性较弱,通过机械分散就可以实现解团;而硬团聚主要由液桥力和化学键作用形成,较难分散。


影响团聚的主要因素


(1)分子间吸引力:范德华力和静电力,其中范德华力在超细粉体中尤为显著,静电力源于颗粒碰撞和摩擦产生的电荷,使颗粒相互吸引;

(2)湿度与毛细作用:环境湿度较高时,粉体表面的液桥或薄膜增强颗粒间的附着力;

(3)粒子形态:颗粒形状不规则、表面粗糙或比表面积较大时,接触面积增大,团聚倾向增强;

(4)机械与热效应:加工、储存或输送过程中的振动、冲击或高温软化会促使颗粒团聚;

(5)化学相互作用:特定条件下,粉体表面发生化学反应生成黏结物质,进一步促进团聚。


参考来源:

1、李兴帅.超细粉体输运及气力分级装置的设计和研究

2、粉体网:聊一聊粉体分散那些事儿…


(中国粉体网编辑整理/青黎)


注:图片非商业用途,存在侵权告知删除


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作者:青黎

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