高压微射流与机械咬合团聚颗粒分散

关键字：团聚 高压均质机 物料分散 机械咬合

众所周知，悬浊液中的颗粒团聚主要成因是其相互之间的作用力。这其中包括：1.颗粒分子之间的分子作用力；2.颗粒间的静电作用力；3.溶剂化膜作用力；4.高分子聚合物吸附层的空间位阻效应；5.颗粒表面不平滑引起的机械咬合力。这其中，前四种类型的作用力大多都可以通过在制备颗粒时使用化学方法（加入分散剂）来改善其特性或对体系进行调整，从而达到使颗粒分散或易于分散的效果。

但对于颗粒表面不平滑引起的机械咬合力而形成的团聚来说，化学方式基本无效；而一般的物流分散研磨起到的效果也是有限的。特别是对于微米级或亚微米级的物料，即使添加合适的分散剂，往往也收效不大。所以我们需要的是一种采用高能量的物理分散方式来进行该类物料的处理。

提及高能量物理分散，首先想到的是高压均质法。这类方式产生的能量基本在100MPa以上，最高可以达到300MPa；对于处理因机械咬合力而形成的固液相混合物是完全可以胜任的。但对于机械强度、刚度较大的物料（如氧化铝、氧化锆、碳化硼、炭黑等）来说，一般的高压均质阀门型均质机往往很快就出现均质阀磨损的情况。

其主要原因在于这种原理的高压均质机的均质阀（Impact valve）材质都为合金钢，可以耐高压，但却无法连续承受高强度颗粒的不断冲击而形成渐进式机械失效磨损（如下图中的左图所示）。

但高压微射流均质机却不存在此问题，因为其作用面使用的材质为合成金刚石。无论是在硬度还是抗冲击强度上都远远高于合金钢（如上图右图所示）。而且由于作用腔室的直径都在50um-200um，所以产生的压力能更为集中。对于处理机械咬合团聚颗粒，其优势更为明显。

上海某高校曾经使用高压微射流均质机（韩国日新NLM100型，见下图）对其浆料进行过相关实验。其固液相溶剂颗粒主体为氧化铝。但他们所用的氧化铝粉末比表面积较大，存在较多不规则的形状（其理论粒径为0.5um以下）。故在加入溶液后会形成机械咬合、互嵌而团聚。但此浆料最终是需要形成膜后再进行加工的。所以如果没有良好的分散效果，会直接影响成膜厚度和薄膜均匀度。

下图为其初始颗粒粒径分布（Fritch Micro Tec plus激光粒度仪测量）

之后，使用高压微射流均质机进行一个循环的处理：

使用高压微射流均质进行3个循环的处理：

在经过了最终9个循环处理后，可以看到；其粒径分布中心基本上向左平移至0.4um-0.5um左右后就基本维持该数值了，与颗粒理论粒径相符合，说明物料中的颗粒都已经被很好的分散，原先颗粒之间的机械咬合已经被完全消除。

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