Поверхностно-активные вещества существенно влияют на агломерационное поведение пудра. Они изменяют свойства интерфейса, баланс сил и среду частиц порошка. Конкретный механизм можно разделить на пять аспектов:
Модификация адсорбции и снижение поверхностной энергии
Поверхностно-активные вещества адсорбируются на поверхности порошка. Это снижает поверхностную энергию и подавляет пудра Агломерация. Механизмы включают:
Закрепление гидрофобной группы: Гидрофобные группы связываются с поверхностью. Гидрофильные группы ориентируются в сторону среды. Это формирует направленный адсорбционный слой. Он уменьшает притяжение Ван-дер-Ваальса между частицами.
Регулирование взимания платы: Ионные поверхностно-активные вещества (например, SDS) заряжают поверхность порошка. Это усиливает электростатическое отталкивание. Например, анионные поверхностно-активные вещества увеличивают дзета-потенциал ультрадисперсных карбонат кальция. Это усиливает силы отталкивания между частицами.
Оптимизация смачиваемости поверхности: Неионогенные поверхностно-активные вещества (например, ПЭГ, Tw-80) адсорбируются через водородные связи. Они образуют гидрофильный защитный слой. Это улучшает смачиваемость порошка в жидкой фазе. Это уменьшает капиллярные силы во время сушки и предотвращает жесткую агломерацию.
Стерические препятствия и стабилизация мицелл
Полимерный цепной барьер: Полимерные поверхностно-активные вещества (например, ПВА) образуют на поверхности протяженные цепи. Эти цепи препятствуют сближению частиц посредством энтропийного отталкивания.
Инкапсуляция мицелл: Когда концентрация поверхностно-активного вещества превышает критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ), образуются мицеллы. Эти мицеллы инкапсулируют частицы, изолируя их. Это предотвращает прямой контакт. Например, мицеллы в микроэмульсионных методах ограничивают рост наночастиц и предотвращают агломерацию.
Подавление капиллярных сил во время сушки
Во время сушки поверхностно-активные вещества уменьшают агломерацию, вызванную жидкими мостиками. Механизмы включают:
Регулирование структуры пор: Поверхностно-активные вещества адсорбируются на внутренних поверхностях пор порошка. Они изменяют структуру пор и распределение размеров. Это снижает капиллярное давление. Эксперименты показывают, что поверхностно-активные вещества делают распределение размеров пор порошков гидроксида алюминия более равномерным. Это снижает капиллярные силы и уменьшает агломерацию.
Замена растворителя: Неполярные поверхностно-активные вещества (например, трет-бутанол) замещают молекулы воды. Это уменьшает водородные связи. После вакуумной сублимационной сушки дисперсия порошка может достигать 91,2%.
Эффекты, специфичные для типа и структуры
Различные поверхностно-активные вещества оказывают существенно разное ингибирующее действие на агломерацию из-за различий в химический структура:
| Тип | Представительные вещества | Характеристики функций | Применимые сценарии |
| Анионный | SDS, додецилсульфат натрия | Усиливает электростатическое отталкивание, подходит для водных систем. Чрезмерное использование может усилить агломерацию из-за эффекта электролита | Карбонат кальция, керамическая суспензия |
| Неионогенный | ПЭГ, ТВ-80 | Основным фактором являются стерические препятствия, устойчивость к кислотам и щелочам: высокая адсорбционная стабильность при высокой температуре. | Высокотемпературная сушка, биосовместимая система |
| Катионный | СТАВ | Легко адсорбирует отрицательно заряженные частицы, но может вызывать флокуляцию из-за нейтрализации заряда. | Специальный оксидный порошок (например, YMn:O:) |
| Сложная система | ДСН+ПЭГ | Синергетический эффект: двойная стабильность электростатических и стерических помех, а также эффект дисперсии лучше, чем у одного компонента. | Суспензия с высоким содержанием твердого вещества, повторное диспергирование нанопорошка |
Например, гидроксиапатит (ГАП), модифицированный лимонной кислотой (хелатирующий агент), образует сферические однородные частицы, тогда как нонилфенолполиоксиэтиленовый эфир снижает стабильность ГАП.
Динамическое управление процессами и адаптивность процессов
Соответствие скорости высыхания: Скорость миграции поверхностно-активных веществ должна соответствовать скорости высыхания. Во время быстрого высыхания смачивающие агенты (например, алкиндиол) могут способствовать равномерному распределению на границе раздела частиц.
Экологическая отзывчивость: pH-чувствительные поверхностно-активные вещества (например, полиакриламид) становятся протонированными и теряют эффективность в кислой среде. Для совместимости необходимы pH-буферы.
Стратегии оптимизации и ключевые параметры
Суть ингибирования поверхностно-активными веществами агломерации порошка заключается в снижении поверхностной энергии, введении отталкивающих сил и регулировании структуры интерфейса. В практических приложениях необходимо учитывать следующие факторы:
Соответствие выбора: выбирайте поверхностно-активные вещества с подходящими значениями ГЛБ на основе полярности порошка (гидрофильный/гидрофобный).
Контроль концентрации: Концентрация ПАВ должна превышать ККМ для образования мицелл. Однако избыток ПАВ может привести к образованию мостиковых флокуляций (например, полимерные диспергаторы).
Синергия процесса: Сочетание с ультразвуковой дисперсией и антислеживающими агентами (например, нано-SiO₂) для улучшения повторной диспергируемости.
Комбинация анионных и неионных поверхностно-активных веществ может давать синергетический эффект, балансируя как электростатическую, так и стерическую стабильность. Такой подход является эффективным решением для преодоления трудностей повторного диспергирования ультратонких порошков (например, нанокарбоната кальция, титаната бария) после сушки.
Эпический порошок
Epic Powder, более 20 лет опыта работы в отрасли сверхтонких порошков. Активно продвигаем будущее развитие сверхтонких порошков, уделяя особое внимание процессам дробления, измельчения, классификации и модификации сверхтонких порошков. Свяжитесь с нами для бесплатной консультации и индивидуальных решений! Наша команда экспертов стремится предоставлять высококачественные продукты и услуги для максимизации ценности вашей обработки порошков. Epic Powder — ваш надежный эксперт по обработке порошков!