中國(guó)粉體網(wǎng)訊 第六屆粉體表面改性及包覆技術(shù)高級(jí)研修班目前正火熱報(bào)名中，經(jīng)常接到大家對(duì)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(xì)活性碳酸鈣（立磨2500目）加硬脂酸經(jīng)連續(xù)式活化機(jī)活化后，出來(lái)的粉是很松散的，但經(jīng)打好包裝袋送去庫(kù)存疊放后受壓過(guò)，再送到客戶那里抽粉檢查活化率，粉樣經(jīng)常團(tuán)聚，比重重新沉降下來(lái)，造成了活化度低的玩象，請(qǐng)問有什么好的分散劑可以解決問題？
粉體二次團(tuán)聚是指超細(xì)粉體在制備、儲(chǔ)存或處理過(guò)程中，一次顆粒再次聚集形成更大團(tuán)聚體的現(xiàn)象，這會(huì)影響粉體的分散性、流動(dòng)性及使用性能。以下從團(tuán)聚機(jī)理、影響因素到具體解決方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
一、粉體二次團(tuán)聚的機(jī)理與影響因素
1. 團(tuán)聚機(jī)理
范德華力與庫(kù)侖力：超細(xì)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(huì)促進(jìn)團(tuán)聚。
氫鍵與表面羥基：粉體表面的羥基（-OH）易通過(guò)氫鍵形成橋接，如水分子吸附時(shí)會(huì)加劇這一過(guò)程。
毛細(xì)管力：潮濕環(huán)境中，顆粒間的液橋會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)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(guò)原子配位形成團(tuán)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(tuán)聚傾向越強(qiáng)；表面缺陷多、結(jié)晶度低的粉體更易團(tuán)聚。
制備工藝：干燥過(guò)程（如噴霧干燥、冷凍干燥）中的溶劑揮發(fā)速度、溫度梯度會(huì)導(dǎo)致顆粒碰撞團(tuán)聚；研磨或分散過(guò)程中若能量不足，無(wú)法打破團(tuán)聚體。
環(huán)境條件：濕度、溫度變化會(huì)影響表面吸附水層厚度，進(jìn)而改變顆粒間作用力；儲(chǔ)存時(shí)的振動(dòng)、壓力也可能誘發(fā)二次團(tuán)聚。
二、解決粉體二次團(tuán)聚的具體方法
（一）表面改性處理
通過(guò)改變粉體表面性質(zhì)，降低表面能或引入排斥力，是抑制團(tuán)聚的核心手段。
表面包覆改性
無(wú)機(jī)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(tuán)聚度。
有機(jī)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(guò)空間位阻效應(yīng)或靜電排斥作用防止團(tuán)聚。如硅烷偶聯(lián)劑處理納米 Al₂O₃，可使其在有機(jī)溶劑中分散性顯著提升。
表面化學(xué)修飾
通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在顆粒表面引入極性基團(tuán)（如羧基、氨基），增強(qiáng)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(diǎn)以外）減少團(tuán)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(jìn)
機(jī)械分散：采用高能球磨、砂磨機(jī)、超聲波分散等手段，通過(guò)機(jī)械力打破已形成的團(tuán)聚體。例如，超聲波分散利用空化效應(yīng)產(chǎn)生局部高壓，可有效分散納米粉體，但需注意控制時(shí)間以防顆粒細(xì)化過(guò)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(jī)溶劑（如乙醇、丙酮）中，減少毛細(xì)管力作用；共沸蒸餾法通過(guò)加熱使溶劑與水形成共沸物蒸出，避免干燥時(shí)液橋收縮導(dǎo)致的團(tuán)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(jìn)風(fēng)溫度、霧化速度和溶劑類型，使顆粒在干燥過(guò)程中快速固化，減少碰撞團(tuán)聚。例如，納米陶瓷粉體采用噴霧干燥時(shí)，添加分散劑并調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)溫度至物料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上，可獲得流動(dòng)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(guò)程中，通過(guò)低溫?zé)Y(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(kuò)散和團(tuán)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(chǔ)存控制
濕度與氣氛控制
儲(chǔ)存時(shí)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(duì)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(chǔ)存，防止表面氧化加劇團(tuán)聚。
包裝與運(yùn)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(yùn)輸過(guò)程中避免劇烈振動(dòng)，防止團(tuán)聚體因機(jī)械力作用再次聚集。
（四）復(fù)合粉體設(shè)計(jì)
將不同性質(zhì)的粉體復(fù)合（如無(wú)機(jī) - 有機(jī)復(fù)合、金屬 - 陶瓷復(fù)合），利用各組分間的協(xié)同效應(yīng)抑制團(tuán)聚。例如，納米 SiO₂與聚合物復(fù)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(yīng)用場(chǎng)景與案例
鋰電池正極材料（如 LiCoO₂）：制備過(guò)程中通過(guò) LiAlO₂包覆表面，結(jié)合噴霧干燥工藝，可減少二次團(tuán)聚，提升材料的壓實(shí)密度和電化學(xué)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(shí)，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(tuán)聚，確保燒結(jié)后陶瓷的介電性能。
四、總結(jié)與注意事項(xiàng)
解決粉體二次團(tuán)聚需從 “降低表面能、增強(qiáng)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(yīng)用場(chǎng)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(jī)包覆 + 惰性氣氛儲(chǔ)存，而陶瓷粉體則可通過(guò)無(wú)機(jī)包覆 + 燒結(jié)助劑調(diào)控實(shí)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(shí)間）的優(yōu)化，避免過(guò)度改性影響粉體原有性能。實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)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(cè)試（BET）等手段評(píng)估團(tuán)聚改善效果，不斷調(diào)整工藝方案。
