Les tensioactifs affectent considérablement le comportement d'agglomération des poudreIls modifient les propriétés interfaciales, l'équilibre des forces et l'environnement des particules de poudre. Le mécanisme spécifique peut être divisé en cinq aspects :
Modification de l'adsorption et réduction de l'énergie de surface
Les tensioactifs s'adsorbent à la surface des poudres. Cela diminue l'énergie de surface et supprime poudre Agglomération. Les mécanismes comprennent :
Ancrage du groupe hydrophobe : Les groupes hydrophobes se lient à la surface. Les groupes hydrophiles s'orientent vers le milieu. Cela forme une couche d'adsorption directionnelle. Cela réduit l'attraction de van der Waals entre les particules.
Régulation des charges : Les tensioactifs ioniques (par exemple, le SDS) chargent la surface de la poudre, ce qui renforce la répulsion électrostatique. Par exemple, les tensioactifs anioniques augmentent le potentiel zêta des particules ultrafines. carbonate de calciumCela augmente les forces répulsives entre les particules.
Optimisation de la mouillabilité de surface : Les tensioactifs non ioniques (par exemple, PEG, Tw-80) s'adsorbent par liaisons hydrogène. Ils forment une couche protectrice hydrophile. Cela améliore la mouillabilité de la poudre en phase liquide. Cela réduit les forces capillaires lors du séchage et empêche l'agglomération.
Encombrement stérique et stabilisation micellaire
Barrière de chaîne polymère : Les tensioactifs polymères (par exemple, le PVA) forment des chaînes allongées à la surface. Ces chaînes empêchent les particules de s'approcher grâce à la répulsion entropique.
Encapsulation micellaire : Lorsque la concentration en tensioactif dépasse la concentration micellaire critique (CMC), des micelles se forment. Ces micelles encapsulent les particules et les isolent, empêchant ainsi tout contact direct. Par exemple, les micelles utilisées dans les méthodes de microémulsion limitent la croissance des nanoparticules et empêchent leur agglomération.
Suppression des forces capillaires pendant le séchage
Lors du séchage, les tensioactifs réduisent l'agglomération causée par les ponts liquides. Les mécanismes incluent :
Régulation de la structure des pores : Les tensioactifs s'adsorbent sur les surfaces internes des pores des poudres. Ils modifient la structure et la distribution granulométrique des pores, ce qui diminue la pression capillaire. Des expériences montrent que les tensioactifs uniformisent la distribution granulométrique des poudres d'hydroxyde d'aluminium, ce qui diminue les forces capillaires et réduit l'agglomération.
Remplacement du solvant : Les tensioactifs non polaires (par exemple, le tert-butanol) remplacent les molécules d'eau, réduisant ainsi les liaisons hydrogène. Après lyophilisation sous vide, la dispersion de poudre peut atteindre 91,2%.
Effets spécifiques au type et à la structure
Différents tensioactifs ont des effets inhibiteurs significativement différents sur l'agglomération en raison de différences de chimique structure:
| Taper | Substances représentatives | Caractéristiques fonctionnelles | Scénarios applicables |
| Anionique | SDS, dodécyl sulfate de sodium | Améliore la répulsion électrostatique, convient aux systèmes aqueux. Une utilisation excessive peut aggraver l'agglomération en raison de l'effet électrolytique. | Carbonate de calcium, suspension céramique |
| Non ionique | PEG, TW-80 | L'encombrement stérique est le facteur principal, résistance aux acides et aux alcalis : stabilité d'adsorption élevée à haute température | Séchage à haute température, système biocompatible |
| cationique | CTAB | Adsorbe facilement les particules chargées négativement, mais peut provoquer une floculation en raison de la neutralisation de la charge | Poudre d'oxyde spécifique (comme YMn:O:) |
| Système composé | SDS+PEG | Effet synergique : double stabilité de l'encombrement électrostatique et stérique, et l'effet de dispersion est meilleur que celui d'un seul composant | Redispersion de nanopoudres et de boues à haute teneur en solides |
Par exemple, l’hydroxyapatite (HAP) modifiée avec de l’acide citrique (agent chélatant) forme des particules sphériques uniformes, tandis que l’éther polyoxyéthylène de nonylphénol réduit la stabilité de l’HAP.
Contrôle dynamique des processus et adaptabilité des processus
Correspondance du taux de séchage : La vitesse de migration des tensioactifs doit correspondre à la vitesse de séchage. Lors d'un séchage rapide, les agents mouillants (par exemple, les alcynediols) peuvent favoriser une distribution uniforme à l'interface des particules.
Réactivité environnementale : Les tensioactifs sensibles au pH (par exemple, le polyacrylamide) deviennent protonés et perdent leur efficacité dans les environnements acides. Des tampons de pH sont nécessaires pour la compatibilité.
Stratégies d'optimisation et paramètres clés
L'inhibition de l'agglomération des poudres par les tensioactifs repose essentiellement sur la réduction de l'énergie de surface, l'introduction de forces répulsives et la régulation de la structure de l'interface. Dans les applications pratiques, les facteurs suivants doivent être pris en compte :
Sélection correspondante : choisissez des tensioactifs avec des valeurs HLB appropriées en fonction de la polarité de la poudre (hydrophile/hydrophobe).
Contrôle de la concentration : La concentration en tensioactif doit dépasser la CMC pour former des micelles. Cependant, un excès de tensioactif peut entraîner une floculation en pont (par exemple, dispersants polymères).
Synergie de processus : combiner avec des agents de dispersion ultrasonique et anti-agglomérants (par exemple, nano-SiO₂) pour améliorer la redispersibilité.
La combinaison de tensioactifs anioniques et non ioniques peut produire un effet synergique, équilibrant à la fois la stabilité électrostatique et stérique. Cette approche constitue une solution efficace pour surmonter la difficulté de redispersion des poudres ultrafines (par exemple, le carbonate de calcium nanométrique, le titanate de baryum) après séchage.
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