Os surfactantes afetam significativamente o comportamento de aglomeração de pó. Eles alteram as propriedades interfaciais, o equilíbrio de forças e o ambiente das partículas de pó. O mecanismo específico pode ser dividido em cinco aspectos:
Modificação de adsorção e redução de energia de superfície
Os surfactantes adsorvem-se às superfícies do pó. Isso reduz a energia da superfície e suprime pó aglomeração. Os mecanismos incluem:
Ancoragem de grupo hidrofóbico: Grupos hidrofóbicos se ligam à superfície. Grupos hidrofílicos se orientam em direção ao meio. Isso forma uma camada de adsorção direcional. Isso reduz a atração de van der Waals entre as partículas.
Regulamentação de Cobrança: Surfactantes iônicos (por exemplo, SDS) carregam a superfície do pó. Isso aumenta a repulsão eletrostática. Por exemplo, surfactantes aniônicos aumentam o potencial Zeta de partículas ultrafinas. carbonato de cálcio. Isso aumenta as forças repulsivas entre as partículas.
Otimização da molhabilidade da superfície: Surfactantes não iônicos (p. ex., PEG, Tw-80) adsorvem por meio de ligações de hidrogênio. Eles formam uma camada protetora hidrofílica. Isso melhora a molhabilidade do pó na fase líquida. Reduz as forças capilares durante a secagem e previne a aglomeração.
Obstáculo Estérico e Estabilização Micelar
Barreira de cadeia polimérica: Surfactantes poliméricos (por exemplo, PVA) formam cadeias estendidas na superfície. Essas cadeias impedem a aproximação das partículas por meio de repulsão entrópica.
Encapsulamento micelar: Quando a concentração do surfactante excede a concentração micelar crítica (CMC), formam-se micelas. Essas micelas encapsulam as partículas, isolando-as. Isso evita o contato direto. Por exemplo, micelas em métodos de microemulsão limitam o crescimento de nanopartículas e previnem a aglomeração.
Suprimindo as forças capilares durante a secagem
Durante a secagem, os surfactantes reduzem a aglomeração causada pelas pontes líquidas. Os mecanismos incluem:
Regulação da estrutura dos poros: Os surfactantes adsorvem nas superfícies internas dos poros do pó. Eles alteram a estrutura e a distribuição do tamanho dos poros. Isso reduz a pressão capilar. Experimentos mostram que os surfactantes tornam a distribuição do tamanho dos poros dos pós de hidróxido de alumínio mais uniforme. Isso diminui as forças capilares e reduz a aglomeração.
Substituição de solventes: Surfactantes apolares (por exemplo, terc-butanol) substituem as moléculas de água. Isso reduz as ligações de hidrogênio. Após a liofilização a vácuo, a dispersão do pó pode atingir 91,2%.
Efeitos específicos de tipo e estrutura
Diferentes surfactantes têm efeitos inibitórios significativamente diferentes na aglomeração devido às diferenças em químico estrutura:
| Tipo | Substâncias representativas | Características da função | Cenários aplicáveis |
| Aniônico | SDS, dodecil sulfato de sódio | Aumenta a repulsão eletrostática, adequado para sistemas aquosos. O uso excessivo pode agravar a aglomeração devido ao efeito eletrolítico. | Carbonato de cálcio, pasta cerâmica |
| Não iônico | PEG, TW-80 | O impedimento estérico é o principal fator, resistência a ácidos e álcalis: alta estabilidade de adsorção em altas temperaturas | Secagem em alta temperatura, sistema biocompatível |
| Catiônico | CTAB | Fácil de adsorver partículas carregadas negativamente, mas pode causar floculação devido à neutralização da carga | Pó de óxido específico (como YMn:O:) |
| Sistema composto | SDS+PEG | Efeito sinérgico: estabilidade dupla de impedimento eletrostático e estérico, e o efeito de dispersão é melhor do que o de um único componente | Polpa com alto teor de sólidos, redispersão de nanopó |
Por exemplo, a hidroxiapatita (HAP) modificada com ácido cítrico (agente quelante) forma partículas esféricas uniformes, enquanto o éter polioxietileno nonilfenol reduz a estabilidade do HAP.
Controle Dinâmico de Processos e Adaptabilidade de Processos
Correspondência da taxa de secagem: A velocidade de migração dos surfactantes deve corresponder à taxa de secagem. Durante a secagem rápida, agentes umectantes (por exemplo, alcinodiol) podem promover uma distribuição uniforme na interface das partículas.
Responsividade Ambiental: Surfactantes sensíveis ao pH (por exemplo, poliacrilamida) tornam-se protonados e perdem eficácia em ambientes ácidos. Tampões de pH são necessários para compatibilidade.
Estratégias de Otimização e Parâmetros-chave
O cerne da inibição da aglomeração de pós por surfactantes reside na redução da energia de superfície, na introdução de forças repulsivas e na regulação da estrutura da interface. Em aplicações práticas, os seguintes fatores devem ser considerados:
Correspondência de seleção: escolha surfactantes com valores de HLB apropriados com base na polaridade do pó (hidrofílico/hidrofóbico).
Controle de Concentração: A concentração de surfactante deve exceder a CMC para formar micelas. No entanto, o excesso de surfactante pode levar à floculação da ponte (por exemplo, dispersantes poliméricos).
Sinergia do processo: combine com dispersão ultrassônica e agentes antiaglomerantes (por exemplo, nano-SiO₂) para melhorar a redispersibilidade.
A combinação de surfactantes aniônicos e não iônicos pode produzir um efeito sinérgico, equilibrando a estabilidade eletrostática e estérica. Essa abordagem é uma solução eficaz para superar a dificuldade de redispersão de pós ultrafinos (por exemplo, nanocarbonato de cálcio, titanato de bário) após a secagem.
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