계면활성제는 응집 행동에 상당한 영향을 미칩니다. 가루. 이들은 분말 입자의 계면 특성, 힘의 균형, 그리고 매질 환경을 변화시킵니다. 구체적인 메커니즘은 다섯 가지 측면으로 나눌 수 있습니다.
흡착 변형 및 표면 에너지 감소
계면활성제는 분말 표면에 흡착됩니다. 이는 표면 에너지를 낮추고 가루 응집. 메커니즘은 다음과 같습니다.
소수성 그룹 고정: 소수성 기는 표면에 결합합니다. 친수성 기는 매질 쪽으로 배향합니다. 이는 방향성 흡착층을 형성하여 입자 간의 반데르발스 인력을 감소시킵니다.
요금 규정: 이온성 계면활성제(예: SDS)는 분말 표면에 전하를 띱니다. 이는 정전기적 반발력을 증가시킵니다. 예를 들어, 음이온성 계면활성제는 초미세 입자의 제타 전위를 증가시킵니다. 탄산 칼슘. 이것은 입자들 사이의 반발력을 증가시킵니다.
표면 젖음성 최적화: 비이온성 계면활성제(예: PEG, Tw-80)는 수소 결합을 통해 흡착합니다. 친수성 보호층을 형성하여 액상에서 분말의 습윤성을 향상시킵니다. 건조 중 모세관력을 감소시키고 단단한 응집을 방지합니다.
입체 장애 및 미셀 안정화
폴리머 사슬 장벽: 고분자 계면활성제(예: PVA)는 표면에 긴 사슬을 형성합니다. 이 사슬은 엔트로피 반발을 통해 입자가 표면에 접근하는 것을 방지합니다.
미셀 캡슐화: 계면활성제 농도가 임계 미셀 농도(CMC)를 초과하면 미셀이 형성됩니다. 이 미셀은 입자를 감싸 분리합니다. 이는 직접적인 접촉을 방지합니다. 예를 들어, 마이크로에멀전 공정에서 미셀은 나노입자의 성장을 제한하고 응집을 방지합니다.
건조 중 모세관력 억제
건조 과정에서 계면활성제는 액체 브릿지로 인한 응집을 감소시킵니다. 그 메커니즘은 다음과 같습니다.
기공 구조 조절: 계면활성제는 분말 기공의 안쪽 표면에 흡착됩니다. 계면활성제는 기공 구조와 크기 분포를 변화시켜 모세관 압력을 낮춥니다. 실험 결과 계면활성제는 수산화알루미늄 분말의 기공 크기 분포를 더욱 균일하게 만들어 모세관력을 감소시키고 응집을 감소시키는 것으로 나타났습니다.
용매 대체: 비극성 계면활성제(예: tert-부탄올)는 물 분자를 대체합니다. 이는 수소 결합을 감소시킵니다. 진공 동결 건조 후, 분말 분산도는 91.2%에 도달할 수 있습니다.
유형 및 구조별 효과
다양한 계면활성제는 응집에 대한 억제 효과가 크게 다릅니다. 화학적인 구조:
| 유형 | 대표 물질 | 기능 특성 | 적용 가능한 시나리오 |
| 음이온 | SDS, 도데실황산나트륨 | 정전기적 반발력을 강화하여 수계에 적합합니다. 과다 사용 시 전해질 효과로 인해 응집 현상이 심화될 수 있습니다. | 탄산칼슘, 세라믹 슬러리 |
| 비이온성 | PEG, TW-80 | 입체장애가 주요인이며, 산, 알칼리 저항성 : 고온에서 높은 흡착 안정성 | 고온 건조, 생체적합성 시스템 |
| 양이온성 | CTAB | 음전하 입자는 흡착하기 쉽지만 전하 중화로 인해 응집이 발생할 수 있음 | 특정 산화물 분말(예: YMn:O:) |
| 복합 시스템 | SDS+PEG | 상승효과 : 정전기적, 입체장애의 이중 안정성을 가지며, 분산효과가 단일성분보다 우수함 | 고형분 함량 슬러리, 나노파우더 재분산 |
예를 들어, 구연산(킬레이트제)으로 변형된 하이드록시아파타이트(HAP)는 구형의 균일한 입자를 형성하는 반면, 노닐페놀 폴리옥시에틸렌 에테르는 HAP의 안정성을 감소시킵니다.
동적 프로세스 제어 및 프로세스 적응성
건조 속도 매칭: 계면활성제의 이동 속도는 건조 속도와 일치해야 합니다. 빠른 건조 시, 습윤제(예: 알킨디올)는 입자 계면에서 균일한 분포를 촉진할 수 있습니다.
환경적 대응성: pH에 민감한 계면활성제(예: 폴리아크릴아마이드)는 양성자화되어 산성 환경에서는 효과를 잃습니다. 호환성을 위해 pH 완충액이 필요합니다.
최적화 전략 및 주요 매개변수
계면활성제가 분말 응집을 억제하는 핵심은 표면 에너지 감소, 반발력 도입, 그리고 계면 구조 조절에 있습니다. 실제 적용에서는 다음과 같은 요소들을 고려해야 합니다.
선택 매칭: 분말 극성(친수성/소수성)에 따라 적절한 HLB 값을 갖는 계면활성제를 선택합니다.
농도 조절: 계면활성제 농도는 미셀을 형성하기 위해 CMC보다 높아야 합니다. 그러나 계면활성제(예: 고분자 분산제)가 과도하면 브릿지 응집이 발생할 수 있습니다.
공정 시너지 효과: 초음파 분산 및 응집 방지제(예: 나노-SiO₂)와 결합하여 재분산성을 개선합니다.
음이온성 계면활성제와 비이온성 계면활성제를 함께 사용하면 정전기적 안정성과 입체 안정성을 모두 균형 있게 유지하는 시너지 효과를 얻을 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 건조 후 초미립 분말(예: 나노 탄산칼슘, 티탄산바륨)을 재분산하는 어려움을 극복하는 효과적인 솔루션입니다.
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