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[導(dǎo)讀] 團(tuán)聚與分散是顆粒（尤其是細(xì)粒、超細(xì)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(tuán)聚；顆粒彼此互不相干，能自由運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)稱為分散。

顆粒的分散技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，遍及化工、冶金、食品、醫(yī)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(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，復(fù)合材料及納米材料制備的成敗與超微粉體的分散穩(wěn)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(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(tuán)聚狀態(tài)

顆粒的團(tuán)聚根據(jù)其作用機(jī)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(tuán)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(gè)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)松散似棉絮的團(tuán)狀物。在這種結(jié)構(gòu)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(tuán)聚與分散

1）顆粒在空氣中發(fā)生團(tuán)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(tuán)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(tuán)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(tuán)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(dāng)空氣的相對濕度超過65%時(shí)，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(qiáng)了團(tuán)聚作用。

2）顆粒在空氣中分散的途徑

① 機(jī)械分散

機(jī)械分散是指用機(jī)械力把顆粒團(tuán)聚打散，它的必要條件是機(jī)械力（指流體的剪切力及壓應(yīng)力）應(yīng)大于顆粒間的粘著力。通常機(jī)械力是由高速旋轉(zhuǎn)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(qiáng)湍流運(yùn)動(dòng)造成的。

機(jī)械分散較易實(shí)現(xiàn)，但由于這是一種強(qiáng)制性分散方法，盡管互相粘結(jié)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(dāng)顆粒排出分散器后又有可能重新黏結(jié)聚團(tuán)。另外，機(jī)械分散可能導(dǎo)致脆性顆粒被粉碎，且當(dāng)機(jī)械設(shè)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(tuán)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(jī)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，可以利用靜電力來進(jìn)行顆粒分散，問題的關(guān)鍵是如何使顆粒群充分帶電。采用接觸帶電、感應(yīng)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(xù)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(tuán)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(chǔ)。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(jù)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(zhì)調(diào)控

根據(jù)顆粒的表面性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)慕橘|(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(xiàn)。

② 分散劑調(diào)控

顆粒在液體中的良好分散所需的物理化學(xué)條件，主要是通過加入適量的分散機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，分散機(jī)的加入強(qiáng)化了顆粒間的相互排斥作用。常用的分散劑主要有：無機(jī)電解質(zhì)、表面活性劑和高分子分散劑。

③ 超聲調(diào)控

超聲調(diào)控是把需要處理的工業(yè)懸浮液直接置于超聲場中，控制恰當(dāng)?shù)某曨l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(qiáng)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(tuán)聚而使之充分分散。但應(yīng)當(dāng)避免使用過熱超聲攪拌，因?yàn)殡S著熱能和機(jī)械能的增加，顆粒碰撞的幾率也增加，反而導(dǎo)致進(jìn)一步的團(tuán)聚。

④ 機(jī)械攪拌調(diào)控

機(jī)械攪拌分散是指通過強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌方式引起液流強(qiáng)湍流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊、剪切力及拉伸等機(jī)械力而使顆粒團(tuán)聚碎解懸浮。

機(jī)械攪拌的主要問題是：一旦顆粒離開機(jī)械攪拌產(chǎn)生的湍流場，外部環(huán)境復(fù)原，它們又有可能重新形成聚團(tuán)。因此，用機(jī)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。

（以上，杭州吉康新材料有限公司整理）