Chọn chất phân tán thích hợp để ngăn ngừa kết tụ bột siêu mịn đòi hỏi phải xem xét toàn diện bột tính chất, môi trường phân tán và điều kiện xử lý. Sau đây là các nguyên tắc và chiến lược chính:
Chọn loại chất phân tán theo bột Đặc trưng
Điện tích bề mặt và sự phù hợp cực tính
Bột phân cực (như gốm sứ, oxit): Ưu tiên chất phân tán anion (ví dụ, natri polyacrylate, natri hexametaphosphate) để ngăn ngừa sự kết tụ bột siêu mịn thông qua lực đẩy tĩnh điện. Ví dụ, ZnO được phân tán ổn định ở pH = 5 thông qua lực đẩy hai lớp.
Bột không phân cực (như graphene, muội than): Sử dụng chất phân tán không ion (ví dụ, PVP, PEG) để ngăn chặn tiếp xúc thông qua sự cản trở không gian. Đối với vật liệu có năng lượng bề mặt cao (ví dụ, nano-silicon carbide), kết hợp chức năng hóa tại chỗ (ví dụ, tác nhân liên kết silane) để tăng cường sức mạnh hấp phụ.
Kích thước hạt và diện tích bề mặt riêng
Bột nano (<100 nm): Sử dụng chất phân tán có trọng lượng phân tử thấp (ví dụ: amoni oleat, titanat) để giảm thiểu sự can thiệp từ các lớp không gian, kết hợp với các quy trình động (ví dụ: hỗ trợ siêu âm) để duy trì sự phân tán.
Bột vi mô: Các chất phân tán có trọng lượng phân tử cao (ví dụ, copolyme khối) có hiệu quả hơn, tạo thành một rào cản dày đặc thông qua quá trình hấp phụ chuỗi dài.
Môi trường phân tán và sự thích nghi của hệ thống
Hệ thống nước
Phương tiện có độ phân cực cao: Chọn cacboxylat (ví dụ, chất phân tán DA) hoặc phosphat (ví dụ, natri pyrophosphat) để sử dụng lực đẩy hai lớp tĩnh điện. Ví dụ, silicat zirconi được phân tán đồng đều bằng chất phân tán natri silicat ở pH = 7.
Hệ thống chứa chất điện giải: Thêm chất phân tán chịu muối (ví dụ, siloxan biến tính polyether) để ngăn cường độ ion cao nén lớp kép.
Hệ thống không chứa nước hoặc dầu
Dung môi hữu cơ (ví dụ, etanol, axeton): Sử dụng chất phân tán chuỗi kỵ nước (ví dụ, phosphat, natri oleat) để hấp thụ các hạt thông qua tương tác kỵ nước. Ví dụ, muội than trong mực thường được phân tán bằng chất phân tán polyoxyetylen ete.
Hệ thống nhạy cảm với pH
Điều chỉnh độ pH để tối ưu hóa quá trình hấp phụ chất phân tán. Ví dụ, nhôm oxit được phân tán trong điều kiện kiềm bằng triethanolamine, trong đó các nhóm hydroxyl của nó tạo thành lớp ngậm nước ổn định với bề mặt hạt.
Hiệu suất phân tán và tối ưu hóa liều lượng
Độ bền và độ ổn định hấp phụ
Chọn chất phân tán phù hợp với nhóm chức năng trên bề mặt bột (ví dụ: nhóm cacboxyl đối với oxit kim loại). Ví dụ, graphene tạo thành sự hấp phụ ổn định với PVP sau khi ghép nhóm cacboxyl thông qua quá trình oxy hóa-khử.
Đối với các hệ thống nhiệt độ cao (ví dụ: vật liệu chịu lửa), hãy chọn chất phân tán ổn định nhiệt (ví dụ: titanat, nhôm oxit zirconi) có khả năng duy trì lớp hấp phụ nguyên vẹn ở nhiệt độ 500°C.
Kiểm soát số lượng
Liều lượng chất phân tán thông thường là 0,5%–3% khối lượng bột. Bột siêu mịn cần liều lượng cao hơn do diện tích bề mặt riêng lớn hơn, nhưng nên tránh dùng quá nhiều vì chúng có thể làm tăng độ nhớt của hệ thống hoặc làm giảm hiệu suất. Ví dụ, sử dụng chất phân tán hơn 5% cho nano-SiO₂ trong nhựa epoxy có thể làm giảm lớp phủ sức mạnh.
Kết hợp các chiến lược Synergy
Thuộc vật chất-Hóa chất Sự kết hợp: Sử dụng siêu âm phân tán trước (để phá vỡ các chất kết tụ cứng) kết hợp với hấp phụ chất phân tán (để duy trì tính ổn định). Ví dụ, bột kim cương siêu nhỏ đạt được cải thiện 60% về hiệu quả phân tán sau khi xử lý siêu âm tiếp theo là thêm natri polyacrylate.
Pha trộn nhiều thành phần: Trộn các chất phân tán có trọng lượng phân tử khác nhau (ví dụ, PEG 200 và PEG 4000 theo tỷ lệ 5:1) để tối ưu hóa kích thước hạt phân phối. Ví dụ, bari sulfat siêu mịn được phân tán với hỗn hợp polyethylene glycol để phân phối hẹp.
Thích ứng tình huống ứng dụng và liên kết quy trình
Hệ thống phân tán khô
Sử dụng công nghệ phân tán tĩnh điện (ví dụ, nạp corona) hoặc công nghệ tầng sôi. Chất phân tán phải có đặc tính chống tĩnh điện. Ví dụ, phân tán bột than siêu mịn cải thiện 40% dưới điện áp 30-50 kV.
Hệ thống nghiền ướt và bùn
Chọn chất phân tán trợ nghiền (ví dụ, amoni polyacrylate) dựa trên các quy trình nghiền (ví dụ, máy nghiền cát, máy nghiền bi) để giảm độ nhớt của bùn. Ví dụ, thêm chất phân tán 0,5% trong quá trình nghiền bi chất kết dính gốm sẽ làm giảm kích thước kết tụ xuống 0,186 μm.
Quá trình thiêu kết hoặc sấy khô ở nhiệt độ cao
Đối với sấy đông khô hoặc sấy phun, hãy chọn chất phân tán có thể phân hủy (ví dụ: dẫn xuất tinh bột) để giảm tác động của cặn. Ví dụ, nano-nhôm oxit ngăn ngừa sự kết tụ cứng trong quá trình sấy đông khô.
Xác minh và Tối ưu hóa
Giám sát thời gian thực
Sử dụng máy phân tích kích thước hạt laser và máy đo thế Zeta để đánh giá hiệu ứng phân tán và điều chỉnh loại và số lượng chất phân tán. Ví dụ, bùn ATO cho thấy sự phân tán tốt nhất ở pH = 11 khi giá trị tuyệt đối của thế Zeta là tối đa.
Kiểm tra khả năng tương thích
Đánh giá tác động của chất phân tán lên các đặc tính của sản phẩm cuối cùng, chẳng hạn như độ dẫn điện và độ trong suốt. Ví dụ, cặn PVP có thể làm tăng điện trở suất của bùn dẫn điện lên 20%, đòi hỏi chất phân tán có ít cặn.
Phần kết luận
Việc lựa chọn chất phân tán nên tập trung vào sự tương tác giữa bột, môi trường và quy trình để ngăn ngừa sự kết tụ bột siêu mịn. Ưu tiên các đặc tính bề mặt phù hợp với độ phân cực của hệ thống, tối ưu hóa độ ổn định hấp phụ thông qua các quy trình động và đảm bảo phân tán lâu dài thông qua quá trình pha trộn và giám sát thời gian thực.
Bột Epic
Epic Powder, hơn 20 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành bột siêu mịn. Tích cực thúc đẩy sự phát triển trong tương lai của bột siêu mịn, tập trung vào quá trình nghiền, xay, phân loại và sửa đổi bột siêu mịn. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tận tâm cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao để tối đa hóa giá trị chế biến bột của bạn. Epic Powder—Chuyên gia chế biến bột đáng tin cậy của bạn!