Los surfactantes afectan significativamente el comportamiento de aglomeración de polvoModifican las propiedades interfaciales, el equilibrio de fuerzas y el entorno del medio de las partículas de polvo. El mecanismo específico se puede dividir en cinco aspectos:
Modificación de la adsorción y reducción de la energía superficial
Los surfactantes se adsorben en las superficies del polvo. Esto reduce la energía superficial y suprime polvo Aglomeración. Los mecanismos incluyen:
Anclaje del grupo hidrofóbico: Los grupos hidrófobos se unen a la superficie. Los grupos hidrófilos se orientan hacia el medio. Esto forma una capa de adsorción direccional. Reduce la atracción de van der Waals entre partículas.
Regulación de carga: Los surfactantes iónicos (p. ej., SDS) cargan la superficie del polvo. Esto mejora la repulsión electrostática. Por ejemplo, los surfactantes aniónicos aumentan el potencial zeta de los ultrafinos. carbonato de calcio. Esto aumenta las fuerzas repulsivas entre partículas.
Optimización de la mojabilidad de la superficie: Los surfactantes no iónicos (p. ej., PEG, Tw-80) se adsorben mediante enlaces de hidrógeno. Forman una capa protectora hidrófila. Esto mejora la humectabilidad del polvo en fase líquida. Reduce las fuerzas capilares durante el secado y previene la aglomeración.
Obstáculo estérico y estabilización micelar
Barrera de cadena de polímero: Los surfactantes poliméricos (p. ej., PVA) forman cadenas extendidas en la superficie. Estas cadenas impiden que las partículas se acerquen mediante repulsión entrópica.
Encapsulación de micelas: Cuando la concentración de surfactante supera la concentración micelar crítica (CMC), se forman micelas. Estas micelas encapsulan las partículas, aislándolas. Esto evita el contacto directo. Por ejemplo, las micelas en los métodos de microemulsión limitan el crecimiento de nanopartículas y previenen la aglomeración.
Supresión de las fuerzas capilares durante el secado
Durante el secado, los surfactantes reducen la aglomeración causada por los puentes líquidos. Los mecanismos incluyen:
Regulación de la estructura de los poros: Los surfactantes se adsorben en las superficies internas de los poros del polvo. Alteran la estructura y la distribución del tamaño de los poros, lo que reduce la presión capilar. Experimentos demuestran que los surfactantes uniformizan la distribución del tamaño de los poros de los polvos de hidróxido de aluminio. Esto disminuye las fuerzas capilares y reduce la aglomeración.
Reemplazo de solvente: Los surfactantes apolares (p. ej., el terc-butanol) sustituyen las moléculas de agua. Esto reduce los enlaces de hidrógeno. Tras la liofilización al vacío, la dispersión de polvo puede alcanzar 91,21 TP₃T.
Efectos específicos del tipo y la estructura
Diferentes surfactantes tienen efectos inhibidores significativamente diferentes sobre la aglomeración debido a diferencias en químico estructura:
| Tipo | Sustancias representativas | Características de la función | Escenarios aplicables |
| Aniónico | SDS, dodecil sulfato de sodio | Mejora la repulsión electrostática, ideal para sistemas acuosos. El uso excesivo puede agravar la aglomeración debido al efecto electrolítico. | Carbonato de calcio, suspensión cerámica |
| No iónico | PEG, TW-80 | El impedimento estérico es el factor principal, resistencia a ácidos y álcalis: alta estabilidad de adsorción a alta temperatura. | Sistema biocompatible de secado a alta temperatura |
| Catiónico | CTAB | Fácil de adsorber partículas cargadas negativamente, pero puede causar floculación debido a la neutralización de la carga. | Polvo de óxido específico (como YMn:O:) |
| Sistema compuesto | SDS+PEG | Efecto sinérgico: doble estabilidad del impedimento electrostático y estérico, y el efecto de dispersión es mejor que el de un solo componente. | Lodo con alto contenido de sólidos, redispersión de nanopolvos |
Por ejemplo, la hidroxiapatita (HAP) modificada con ácido cítrico (agente quelante) forma partículas esféricas uniformes, mientras que el éter de polioxietileno de nonilfenol reduce la estabilidad de la HAP.
Control dinámico de procesos y adaptabilidad de procesos
Igualación de la velocidad de secado: La velocidad de migración de los surfactantes debe coincidir con la velocidad de secado. Durante el secado rápido, los agentes humectantes (p. ej., el alquinodiol) pueden promover una distribución uniforme en la interfaz de las partículas.
Capacidad de respuesta ambiental: Los surfactantes sensibles al pH (por ejemplo, poliacrilamida) se protonan y pierden eficacia en ambientes ácidos. Se necesitan tampones de pH para la compatibilidad.
Estrategias de optimización y parámetros clave
La clave de la inhibición de la aglomeración de polvo mediante surfactantes reside en la reducción de la energía superficial, la introducción de fuerzas repulsivas y la regulación de la estructura de la interfaz. En aplicaciones prácticas, deben considerarse los siguientes factores:
Selección coincidente: elija surfactantes con valores HLB apropiados según la polaridad del polvo (hidrofílico/hidrofóbico).
Control de concentración: La concentración de surfactante debe superar la CMC para formar micelas. Sin embargo, un exceso de surfactante puede provocar floculación por puente (p. ej., dispersantes poliméricos).
Sinergia de procesos: combinar con agentes de dispersión ultrasónica y antiaglomerantes (por ejemplo, nano-SiO₂) para mejorar la redispersibilidad.
La combinación de surfactantes aniónicos y no iónicos puede producir un efecto sinérgico, equilibrando la estabilidad electrostática y estérica. Este enfoque es una solución eficaz para superar la dificultad de redispersar polvos ultrafinos (p. ej., nanocarbonato de calcio, titanato de bario) tras el secado.
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