超細(xì)粉體在液相中分散性能及如何選擇分散設(shè)備

超細(xì)粉體顆粒具有*的比表面積和較高的比表面能， 處于熱力學(xué)極不穩(wěn)定狀態(tài)， 在制備和后處理過程中極易發(fā)生粒子凝并、團聚，形成二次顆粒，使粒子粒徑變大，*終在使用時失去超細(xì)粉體所具備的特有功能。從某種意義上講， 超細(xì)粉體的分散技術(shù)是超細(xì)粉體技術(shù)中*關(guān)鍵的技術(shù)。因此，檢測超細(xì)粉體的分散性能，成為了一項評估超細(xì)粉體技術(shù)質(zhì)量水平的重要項目。

超細(xì)粉體通常是指尺寸大約在 1nm～1μm 之間的微小固體顆粒，由于此狀態(tài)下的粉體顆粒的表面能較大，單一的物理或化學(xué)分散都具有其自身不可避免的局限性， 物理分散不能長期有效的保持物料穩(wěn)定性，而化學(xué)分散的前提是必須借助物理方法解團，使物料處于充分分散狀態(tài)，進而添加分散劑，通過表面鍵合，形成穩(wěn)定分散。實際操作中中，超細(xì)粉體的分散往往是物理方法和化學(xué)方法相互結(jié)合進行的，即通過物理方法分散液相中的物料，之后，采用化學(xué)方法，使物料長期穩(wěn)定分散。

一、分散性能評價的指導(dǎo)原則 

評價超細(xì)粉體顆粒在液相中的穩(wěn)定性的指導(dǎo)原則有兩個方面： 

1、若超細(xì)粉體顆粒在液相中的沉降速度慢，則認(rèn)為粒子在該體系中的懸浮時間長，分散穩(wěn)定性好； 

2、若超細(xì)粉體顆粒在液相中的粒徑不隨時間的增加而增大，則認(rèn)為分散體系的穩(wěn)定性良好。 

二、分散性評價指標(biāo)

根據(jù)以上兩個指導(dǎo)原則， 近年來有關(guān)學(xué)者研究并開發(fā)了一系列評價超細(xì)粉體顆粒在液相中分散穩(wěn)定性的方法。 

分散技術(shù)三要素：分散介質(zhì)、分散劑和分散設(shè)備

1、分散介質(zhì)

（1）根據(jù)粘度不同，分散介質(zhì)分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質(zhì)中，如水和有機溶劑，納米粉體管易于分散。中粘度介質(zhì)如液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠等，高粘度介質(zhì)如熔融態(tài)的塑料

（2）本PPT文件介紹的納米粉體管分散技術(shù)，針對中、低粘度分散介質(zhì)

2、分散劑

（1）分散劑的選擇，與分散介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、極性、溶度參數(shù)等密切相關(guān)

（2）分散劑的用量，與納米粉體比表面積和共價鍵修飾的功能基團有關(guān)

（3）水性介質(zhì)中，推薦使用。強極性有機溶劑中，如醇、DMF、NMP， 推薦使用TNADIS。中等極性有機溶劑如酯類、液態(tài)環(huán)氧樹脂、液態(tài)硅橡膠，推薦使用TNEDIS 

3、分散設(shè)備

（1）超聲波分散設(shè)備：非常適合實驗室規(guī)模、低粘度介質(zhì)分散，用于中、高粘度介質(zhì)時會受到限制

（2）研磨分散設(shè)備：適合大規(guī)模地分散碳納米管、中粘度介質(zhì)分散粉體

（3）采用“先研磨分散、后超聲波分散”組合方法，可以高效、穩(wěn)定地分散粉體

1、沉降速度 

該種方法完全是按照超細(xì)粉體在液體中分散穩(wěn)定性的*層含義而設(shè)計的， 即通過測量粉體在液相中的沉降速度，評價其分散性能的好壞。該方法簡單易行，數(shù)據(jù)直觀明了，但不能將其作為唯一標(biāo)準(zhǔn)，粒度分布范圍較寬的顆粒由于受力不均，導(dǎo)致沉降速度不等，小顆粒沉降速度慢，呈懸浮狀態(tài)，大顆粒沉降速度快，迅速分層下沉，分層液面沉降速度沒有代表性，此時的沉降速度只能作為評價分散性的參考數(shù)據(jù)，而不能作為唯一標(biāo)準(zhǔn)。

2、堆積密度  

將粉末與液相混合均勻，形成懸浮液，靜置于具塞量筒中，經(jīng)過一定時間后粉末沉積于底部，與上部液相形成明顯的分層，此時沉積層的密度稱為堆積密度。其值越大，表明粉體在液相中分散越均勻，懸浮性越好。這種方法操作簡單，易于實施。不足之處在于：對于不同的分散體系，其各自性能不同，殘存在粉末堆積層中的質(zhì)量或多或少，計算堆積密度時必定造成影響。改進辦法為：沉降分層后，將上層溶液吸出，測量沉積層質(zhì)量，通過計算分散率FS 來評價分散效果。FS越大分散效果越好，反之，分散效果越差。 

顆粒細(xì)化到納米級后，其表面積累了大量的正、負(fù)電荷，納米顆粒的形狀極不規(guī)則，這樣造成了電荷的聚集。納米顆粒表面原子比例隨著納米粒徑的降低而迅速增加，當(dāng)降至1nm時，表面原子比例高達90%，原子幾乎全部集中到顆粒表面，處于高度活化狀態(tài)，導(dǎo)致表面原子配位數(shù)不足和高表面能。納米顆粒具有很高的化學(xué)活性，表現(xiàn)出強烈的表面效應(yīng)，很容易發(fā)生聚集而達到穩(wěn)定狀態(tài)，從而團聚發(fā)生
眾所周知納米氧化物極易產(chǎn)生自身的團聚，使得應(yīng)有的性能難以充分發(fā)揮。此外，納米氧化物的諸多奇異性能能否得到充分發(fā)揮，還取決于*大限度降低粉體與介質(zhì)間的表面張力。因此，納米氧化物粉體必須均勻分散，充分打開其團聚體，才能發(fā)揮其應(yīng)有的奇異性能。

氣相二氧化硅有效發(fā)揮作用的關(guān)鍵是確保其在樹脂中獲得適當(dāng)?shù)姆稚�。分散設(shè)計越好，則有效性越好。
對樹脂行業(yè)而言，氣相二氧化硅的分散可以使用多種方法，例如碾磨，高速剪切，球磨，砂磨，超聲波分散等等，其中前兩種方法使用的更多。就主要的分散步驟而言也有兩種，即所謂的一步法和兩步法 一步法是指將氣相二氧化硅加入樹脂中直接得到所需要的一定含量的產(chǎn)品，一步法的特點是生產(chǎn)工藝簡單，比較適合大批量，產(chǎn)品單一的生產(chǎn)。
 
目前，國內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量較好的企業(yè)使用的分散方式主要采取一步法的高速剪切分散，能基本滿足用戶的需要。由于我們行業(yè)的特點，有相當(dāng)多的中小企業(yè)分散設(shè)備十分落后，分散時根本形成不了剪切力，只是一種攪拌，氣相二氧化硅在樹脂中根本形成不了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而無法發(fā)揮材料的性能。造成這種情況的主要原因① 尚未對分散的作用有正確的認(rèn)識．許多生產(chǎn)商并未意識到分散的重要性；② 不知道對*終產(chǎn)品的品質(zhì)如何評價，
 
分散的本質(zhì)是通過能量的輸入使不相溶的兩相或多相達到互相包裹，近似穩(wěn)定均一狀態(tài)的做功過程。即形成乳液或懸浮液的條件是，在某一能量水平上， 各種微滴顆粒集聚的速度與分散的速度達到動態(tài)的平衡。
IKN乳化機通過大能量的輸入即由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高切線速度和高頻機械效應(yīng)帶來的強勁動能，使物料在定、轉(zhuǎn)子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，形成懸浮液（固/液），乳液（液體/液體）和泡沫（氣體/液體）。
為了達到巨大的能量輸入，IKN采用提高定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法。在電機固定三千轉(zhuǎn)的前提下，我們采用立式的結(jié)構(gòu)通過皮帶加速達到15000轉(zhuǎn)。這很容易做到，但重要的是其它的部件能否能在高轉(zhuǎn)速下保持穩(wěn)定——軸承的強度夠不夠?機械密封會不會因為產(chǎn)生大量的熱而損毀泄露？主軸會不會偏振的很厲害，定轉(zhuǎn)子是否會發(fā)生摩擦?這些是IKN的關(guān)注點，也應(yīng)該是廣大客戶在選型時應(yīng)該重視的幾個方面。
二，IKN是國內(nèi)*乳化均質(zhì)混合設(shè)備制造商，其諸多產(chǎn)品因其優(yōu)異的乳化均質(zhì)效果，能長時間的穩(wěn)定運行而受到廣大廠家的好評。
IKN采用*好的零部件，并傾盡全力將其優(yōu)化組合，制成各方面都卓然出眾的藝術(shù)級工業(yè)化產(chǎn)品。這需要多年的經(jīng)驗積累，以及技術(shù)沉淀，更重要的是將經(jīng)驗和技術(shù)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新的能力。
IKN開創(chuàng)者，也是公司的技術(shù)總工程師曹純亮先生，早年供職于世界*乳化機制造商，有豐富的乳化設(shè)備的設(shè)計組裝經(jīng)驗，并以開創(chuàng)性的思維積極擴展乳化機在各個領(lǐng)域的新應(yīng)用，成績斐然。如今IKN產(chǎn)品早已在柴油乳化，硅油乳化，疫苗乳化，各種醫(yī)藥制劑的乳化工序，食品，化妝品，油墨，納米顆粒，納米微球的分散，農(nóng)藥懸浮劑和乳劑的生產(chǎn)等行業(yè)取得成熟的應(yīng)用經(jīng)驗和相當(dāng)良好的客戶反饋。當(dāng)然IKN還在發(fā)展，我們的實力還不足，IKN的愿景是為廣大客戶提供整套的工藝解決方案。
三，IKN公司位于上海松江，交通方便，有多臺樣機可供客戶實驗，打樣。并且公司產(chǎn)品價格較同類，同品質(zhì)的產(chǎn)品具有不小優(yōu)勢，配合我公司*近推出的促銷活動和優(yōu)良的服務(wù)品質(zhì)相信您一定可以在IKN買到合適，滿意的乳化，均質(zhì)，混合設(shè)備。