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                淺談粉體顆粒在液相中的分散過(guò)程

分散的實(shí)質(zhì)就是使顆粒在一定環(huán)境下分離散開(kāi)的過(guò)程。在超細(xì)粉體的制備過(guò)程中，“粉碎與反粉碎”過(guò)程實(shí)際就是粉碎過(guò)程中新生粒子的分散和團(tuán)聚問(wèn)題，它對(duì)最終產(chǎn)品的細(xì)度起到至關(guān)重要的作用。在粉體制備行業(yè)，粉體分散性的好壞直接影響著分級(jí)效果和分級(jí)產(chǎn)品的細(xì)度及均勻性；另外，分散性對(duì)粉體的輸送、混合、均化和包裝的作用也不容忽視。在化工領(lǐng)域，如涂料、染料、油墨、化妝品等，分散及分散穩(wěn)定性直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和性能；在材料科學(xué)領(lǐng)域，某種元素(物質(zhì))在材料機(jī)體中的分散程度決定了材料的性能和質(zhì)量。研究表明，材料的損壞斷裂和腐蝕等主要是發(fā)生在材料的不均勻處及缺陷處。組成材料的不同組分的分散程度越高，材料的性能越好?？傊?，在許多領(lǐng)域，分散已成為提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能以及提高工藝效率不可或缺的技術(shù)手段。

一、顆粒在液相中分散過(guò)程

超細(xì)粉體的分散介質(zhì)通常為氣體和液體。而本文只對(duì)超細(xì)粉體在液體中的分散進(jìn)行論述。顆粒分散過(guò)程分為四個(gè)階段：1、摻合，2、浸潤(rùn)，3、顆粒群(團(tuán)粒和團(tuán)塊)的解體，4、已分散顆粒的絮凝。事實(shí)上粉體在液體中的分散過(guò)程本質(zhì)上受兩種基本作用的支配：液體對(duì)粉體顆粒的影響，即粉體顆粒與液體的作用——浸濕；液體中粉體顆粒之間的相互作用。粉體顆粒在液體中分散機(jī)理也就是浸濕和在液體中粉體顆粒之間的相互作用。下面來(lái)討論粉體顆粒在液體中的分散過(guò)程。

1、浸濕

粉體顆粒被液體浸濕的過(guò)程實(shí)際上就是液體和氣體之間爭(zhēng)奪粉體表面的過(guò)程。這關(guān)鍵取決于粉體表面與液體的極性差異。粉體顆粒被液體浸濕的過(guò)程主要是顆粒表面的潤(rùn)濕性。浸濕性能通常用潤(rùn)濕接觸角θ來(lái)度量。潤(rùn)濕接觸角θ的表達(dá)式如下所示：

具有完全潤(rùn)濕性的顆粒，它們沒(méi)有接觸角，很易被液體浸濕。不完全潤(rùn)濕粉體(0<90。)，它們能否被液體浸濕取決于顆粒的密度及粒度，密度及粒度足夠大，顆粒將被浸濕到液體中。流體動(dòng)力學(xué)條件對(duì)粉體的浸濕也有重要的作用，提高液體湍流強(qiáng)度可降低粉體的浸濕粒度。從潤(rùn)濕熱的角度來(lái)分析浸濕的過(guò)程，當(dāng)清潔的固體表面被液體潤(rùn)濕時(shí)，通常會(huì)放出熱量，這種熱稱(chēng)為潤(rùn)濕熱。潤(rùn)濕過(guò)程其實(shí)就是固/氣界面的消失和固/液界面的形成，因此潤(rùn)濕熱可以下述公式表示：

潤(rùn)濕熱描述了液體對(duì)固體的潤(rùn)濕程度，如果潤(rùn)濕熱越大，說(shuō)明固體在液體中潤(rùn)濕程度越好，反之則越差。

2、固體在液體中粉體顆粒在液體中的團(tuán)聚狀態(tài)

粉體顆粒被浸濕后，在液體中所發(fā)生的主要是粉體顆粒的分散和聚團(tuán)的動(dòng)態(tài)可逆過(guò)程，即分散?聚團(tuán)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。而在分散體系中可逆過(guò)程的反應(yīng)方向主要取決于：粉體顆粒間的相互作用以及顆粒所處的流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)和物理場(chǎng)。粉體顆粒間的相互作用力主要包括：分子作用力、雙電層靜電力、結(jié)構(gòu)力以及因吸附高分子而產(chǎn)生的空間效應(yīng)力。

3、顆粒分散體系的分類(lèi)

分散系是指一種物質(zhì)在另一種物質(zhì)里被分散成微小粒子的體系。分散體系包括分散相和分散介質(zhì)。被分散的物質(zhì)稱(chēng)為分散相，而另一種物質(zhì)叫分散介質(zhì)。根據(jù)不同的依據(jù)，分散體系的分類(lèi)也不盡相同。分散體系按聚集狀態(tài)分類(lèi)表：

二、顆粒在液相中的常見(jiàn)分散技術(shù)

通過(guò)超細(xì)顆粒在液相中分散過(guò)程的分析得出增強(qiáng)超細(xì)顆粒的分散手段，即選擇合適的溶劑或溶液提高粉體的潤(rùn)濕熱，使?jié)櫇褡园l(fā)進(jìn)行；設(shè)計(jì)高效的分散機(jī)械使得分散有效體積和能量利用率得以提高；選擇合適的分散劑，使破碎后原生粒子十分穩(wěn)定，阻止再團(tuán)聚。顆粒分散按分散作用目的可分為預(yù)先分散和裂解團(tuán)聚分散。從分散方式來(lái)分可分為物理分散和學(xué)分散。物理分散有機(jī)械分散、超聲分散、電磁分散和撞擊流法等。而化學(xué)分散則是利用分散劑不同的分散機(jī)理來(lái)達(dá)到對(duì)顆粒的分散。 

1、物理分散

A、機(jī)械分散

B、超聲分散

C、電磁分散

D、撞擊流法

2、化學(xué)分散

A、分散劑

B、分散劑的選擇

根據(jù)以上對(duì)各種分散劑機(jī)理的分析，結(jié)合DLVO理論、空間位阻理論和空缺穩(wěn)定理論，選擇分散劑應(yīng)把握以下兩個(gè)原則：

1）能增加位壘Umax的高度，即提高粒子的表面電荷量，從而提高粒子的靜電排斥作用，以達(dá)到粒子分散穩(wěn)定性的目的。

2）粒子吸附分散劑后，吸附層在粒子周?chē)鸬揭粋€(gè)屏障作用，防止顆粒相互接近，即利用吸附層的空間位阻作用來(lái)達(dá)到分散體系穩(wěn)定的目的。

研究表明化學(xué)分散對(duì)超細(xì)粉體的分散起到至關(guān)重要的作用，物理分散和化學(xué)分散有機(jī)地結(jié)合可以獲得zui佳的分散效果。