中國粉體網(wǎng)訊  第六屆粉體表面改性及包覆技術(shù)高級研修班目前正火熱報名中，經(jīng)常接到大家對于改性相關(guān)的問題咨詢，特選出一些有代表性或有難度的問題和大家一起探討！

客戶咨詢：

我們產(chǎn)品超細活性碳酸鈣（立磨2500目）加硬脂酸經(jīng)連續(xù)式活化機活化后，出來的粉是很松散的，但經(jīng)打好包裝袋送去庫存疊放后受壓過，再送到客戶那里抽粉檢查活化率，粉樣經(jīng)常團聚，比重重新沉降下來，造成了活化度低的玩象，請問有什么好的分散劑可以解決問題？

粉體二次團聚是指超細粉體在制備、儲存或處理過程中，一次顆粒再次聚集形成更大團聚體的現(xiàn)象，這會影響粉體的分散性、流動性及使用性能。以下從團聚機理、影響因素到具體解決方法進行詳細說明：

一、粉體二次團聚的機理與影響因素

1. 團聚機理

范德華力與庫侖力：超細粉體表面原子 / 分子數(shù)量多，表面能高，顆粒間范德華引力顯著；若顆粒帶電，靜電吸引力也會促進團聚。

氫鍵與表面羥基：粉體表面的羥基（-OH）易通過氫鍵形成橋接，如水分子吸附時會加劇這一過程。

毛細管力：潮濕環(huán)境中，顆粒間的液橋會產(chǎn)生毛細管壓力，促使顆粒聚集。

晶格匹配與表面活性：晶體結(jié)構(gòu)相似的顆粒表面易通過原子配位形成團聚。

2. 關(guān)鍵影響因素

粉體自身性質(zhì)：粒徑越小、比表面積越大，團聚傾向越強；表面缺陷多、結(jié)晶度低的粉體更易團聚。

制備工藝：干燥過程（如噴霧干燥、冷凍干燥）中的溶劑揮發(fā)速度、溫度梯度會導致顆粒碰撞團聚；研磨或分散過程中若能量不足，無法打破團聚體。

環(huán)境條件：濕度、溫度變化會影響表面吸附水層厚度，進而改變顆粒間作用力；儲存時的振動、壓力也可能誘發(fā)二次團聚。

二、解決粉體二次團聚的具體方法

（一）表面改性處理

通過改變粉體表面性質(zhì)，降低表面能或引入排斥力，是抑制團聚的核心手段。

• 表面包覆改性

無機包覆：利用溶膠 - 凝膠法、沉積法等在顆粒表面包覆一層氧化物（如 SiO₂、TiO₂）或氫氧化物，形成物理屏障，阻隔顆粒間直接接觸。例如，SiO₂包覆納米 TiO₂可顯著降低團聚度。

有機包覆：使用表面活性劑（如硬脂酸、十二烷基苯磺酸鈉）、偶聯(lián)劑（硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑）或聚合物（聚乙烯醇、聚丙烯酸）吸附或接枝到顆粒表面，通過空間位阻效應或靜電排斥作用防止團聚。如硅烷偶聯(lián)劑處理納米 Al₂O₃，可使其在有機溶劑中分散性顯著提升。

• 表面化學修飾

通過化學反應在顆粒表面引入極性基團（如羧基、氨基），增強表面親水性或電荷密度，利用靜電排斥（如調(diào)節(jié) pH 至等電點以外）減少團聚。例如，用氨基硅烷修飾納米 ZnO，使其表面帶正電荷，在水溶液中因靜電排斥而分散。

（二）優(yōu)化制備與處理工藝

• 分散工藝改進

機械分散：采用高能球磨、砂磨機、超聲波分散等手段，通過機械力打破已形成的團聚體。例如，超聲波分散利用空化效應產(chǎn)生局部高壓，可有效分散納米粉體，但需注意控制時間以防顆粒細化過度。

溶劑置換與共沸蒸餾：將水相體系中的粉體轉(zhuǎn)移至低表面張力的有機溶劑（如乙醇、丙酮）中，減少毛細管力作用；共沸蒸餾法通過加熱使溶劑與水形成共沸物蒸出，避免干燥時液橋收縮導致的團聚，常用于納米粉體的干燥處理。

• 干燥工藝優(yōu)化

噴霧干燥：控制進風溫度、霧化速度和溶劑類型，使顆粒在干燥過程中快速固化，減少碰撞團聚。例如，納米陶瓷粉體采用噴霧干燥時，添加分散劑并調(diào)節(jié)進風溫度至物料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，可獲得流動性好的球形顆粒。

冷凍干燥：將懸浮液先冷凍成固態(tài)，再真空升華除去溶劑，避免常規(guī)干燥中的液橋作用，適用于高附加值納米粉體（如納米催化劑）的制備。

• 燒結(jié)工藝調(diào)控

在粉體燒結(jié)過程中，通過低溫燒結(jié)、微波燒結(jié)或添加燒結(jié)助劑（如 Li⁺、Mg²⁺）降低燒結(jié)溫度，減少高溫下顆粒的界面擴散和團聚。例如，納米 ZrO₂陶瓷添加 Y₂O₃作為穩(wěn)定劑，可在較低溫度下燒結(jié)，保持顆粒分散性。

（三）環(huán)境與儲存控制

• 濕度與氣氛控制

儲存時保持環(huán)境干燥（濕度＜40% RH），避免粉體表面吸附水分形成液橋；對于易氧化的粉體（如納米金屬粉體），可在惰性氣氛（如 N₂、Ar）中儲存，防止表面氧化加劇團聚。

• 包裝與運輸優(yōu)化

采用真空包裝或充惰性氣體包裝，減少粉體與空氣接觸；運輸過程中避免劇烈振動，防止團聚體因機械力作用再次聚集。

（四）復合粉體設(shè)計

將不同性質(zhì)的粉體復合（如無機 - 有機復合、金屬 - 陶瓷復合），利用各組分間的協(xié)同效應抑制團聚。例如，納米 SiO₂與聚合物復合形成核殼結(jié)構(gòu)，聚合物外殼提供空間位阻，減少 SiO₂顆粒間的相互作用。

三、典型應用場景與案例

鋰電池正極材料（如 LiCoO₂）：制備過程中通過 LiAlO₂包覆表面，結(jié)合噴霧干燥工藝，可減少二次團聚，提升材料的壓實密度和電化學性能。

納米 TiO₂光催化劑：用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后，在乙醇 - 水混合溶劑中超聲分散，再經(jīng)冷凍干燥，可獲得高分散性的粉體，提高光催化效率。

電子陶瓷粉體（如 BaTiO₃）：采用溶膠 - 凝膠法制備時，添加聚丙烯酸作為分散劑，調(diào)節(jié) pH 至弱堿性（pH=8-9），利用靜電排斥和空間位阻雙重作用抑制團聚，確保燒結(jié)后陶瓷的介電性能。

四、總結(jié)與注意事項

解決粉體二次團聚需從 “降低表面能、增強排斥力、優(yōu)化工藝條件” 三方面入手，根據(jù)粉體特性（如成分、粒徑、應用場景）選擇合適的方法組合。例如，納米金屬粉體更適合表面有機包覆 + 惰性氣氛儲存，而陶瓷粉體則可通過無機包覆 + 燒結(jié)助劑調(diào)控實現(xiàn)分散。此外，需注意表面改性劑的用量（通常為粉體質(zhì)量的 1%-5%）和工藝參數(shù)（如溫度、時間）的優(yōu)化，避免過度改性影響粉體原有性能。實際應用中，可通過粒度分析（激光粒度儀）、掃描電鏡（SEM）觀察顆粒形貌、比表面積測試（BET）等手段評估團聚改善效果，不斷調(diào)整工藝方案。