Эффективное диспергирование может быть произведено при перетирании весьма концентрированных суспензий.

Для облегчения диспергирования применяют понизители твердости, в качестве которых выступают ПАВ. В соответствии с правилом уравнивания полярностей, ад-орбируясь на поверхности измельчаемого твердого тела, они уменьшают поверхностное натяжение, снижая энергозатраты при диспергировании и повышая дисперсность измельченной фазы.

В некоторых случаях перед диспергированием проводят предварительную обработку материала. Так, титан или тантал нагревают в атмосфере водорода, переводя в гидриды, которые измельчают и нагревают в вакууме — получаются чистые металлические порошки.

При получении чешуйчатых порошков, которые входят в состав красок и пиротехнических составов, для измельчения используют шаровые мельницы. Шары расплющивают и прокатывают частицы измельчаемого материала.

Порошки с частицами сферической формы из тугоплавких металлов (вольфрам, молибден, ниобий) получают в низкотемпературной плазме дугового и высокочастотного разряда. Проходя через зону плазмы, частицы плавятся и принимают сферическую форму, затем охлаждаются и затвердевают.

В ходе диспергирования химический состав материала не изменяется.

КОНДЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Эти методы можно разделить на две группы.

Первая группа методов связана с осаждением частиц вследствие коагуляции лиофобных золей. В результате упаривания раствора или частичной замены растворителя (снижение растворимости) образуется суспензия, а после ее фильтрации и сушки получаются порошки.

Вторая группа методов связана с проведением химических реакций (химическая конденсация). Методы химической конденсации можно классифицировать на основе типа используемой реакции:

1. Обменные реакции между электролитами. Например, осажденный мел (зубной порошок) получают в результате реакции:

Na2CO3 + СаС12 = СаСО3 + 2 NaCl.

2. Окисление металлов.

Например, высокодисперсный оксид цинка, являющийся основным компонентом цинковых белил, получают окислением паров цинка воздухом при 300°С.

3. Окисление углеводородов.

Различные виды сажи, которую применяют при производстве резины, пластмасс, типографской краски получают сжиганием газообразных или жидких углеводородов при недостатке кислорода.

4. Восстановление оксидов металлов.

Восстановление природным газом, водородом или твердыми восстановителями используется для получения высокодисперсных металлических порошков.

5. Термическая диссоциация карбонилов металлов. Карбонилы Ме(СО)n — летучие соединения, которые образуются при обработке металлов оксидом углерода при давлении 200 атм и температуре примерно 200°С. При нагревании карбонилы испаряются и разлагаются, образуя высокодисперсные металлические порошки.

6. Электролиз водных растворов солей.

Этим методом получают высокодисперсные порошки металлов и сплавов высокой степени чистоты.

Таким образом, методы химической конденсации связаны с изменением химического состава материалов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОШКОВ

Обычно порошки рассматривают с точки зрения природы вещества дисперсной фазы и размеров частиц.

Рассмотрим только те характеристики вещества, на которых основаны свойства порошков, влияющие на технологию их использования и переработки.

Когезия определяет связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы, т. е. прочность конденсированных тел и их способность противодействовать внешнему воздействию. Следовательно, энергетические затраты при диспергировании тем больше, чем больше когезия. Кроме того, величина когезии определяет такую важную характеристику порошка, как его насыпная масса.

Насыпная масса — масса порошка, который занимает единичный объем при свободном его заполнении, «свободной упаковке частиц».

Чем больше когезионные силы, тем сильнее связь между частицами, тем хаотичнее они распределены по объему формы и тем больше объем свободной упаковки и соответственно меньше насыпная масса. Если когезия мала, то малы силы сцепления, порошок лучше уплотняется под действием силы тяжести и объем свободной упаковки частиц оказывается небольшим.

Адгезия — это явление соединения приведенных в контакт поверхностей конденсированных фаз. Например, частички порошка взаимодействуют со стенками емкости, в которой они находятся. Адгезия обусловливает прилипание и удержание частиц на поверхности. Чем больше адгезия, тем сложнее бороться с прилипанием порошка к стенкам технологического оборудования.

Аутогезия — частный случай адгезии — сцепление одинаковых по составу и строению частиц. Адгезионное и аутогезионное взаимодействие направлены перпендикулярно площади контакта. В результате адгезии частицы порошка прижимаются к поверхности, а под действием аутогезии — Друг к другу.

Аутогезия определяется, главным образом, природой и силой межчастичного взаимодействия. Основной вклад в межчастичное взаимодействие вносят

· межмолекулярное притяжение;

· электростатическое отталкивание.

Электростатическое отталкивание связано с появлением заряда поверхности при перемещении частиц друг относительно друга и их соударениях. Роль электростатических взаимодействий особенно велика для полимерных частиц.

Установлено, что для сферических частиц число точек контактов не превышает 12. Чем больше точек соприкосновения частиц, тем больше поверхность контакта и меньше удельная поверхность. Под поверхностью контакта для порошков понимают поверхность двух соприкасающихся частиц, расположенную в зоне действия молекулярных сил (~ 0,1 нм ). Для сферической частицы радиусом r поверхностью контакта считается поверхность ее сегмента с высотой h = 0,1 нм , а доля этой поверхности составляет

где nk — число контактов, d = 2r.

Из приведенной формулы следует, что поверхность контакта увеличивается с уменьшением размера частиц.

РАЗМЕРЫ ЧАСТИЦ ПОРОШКА (ДИСПЕРСНОСТЬ)

От размера частиц зависит удельная площадь межфазной поверхности SУД. Напомним, что для сферической частицы диаметра d:

а для частиц сложной формы

где β — коэффициент, зависящий от формы частиц ∙ β > 6). Увеличение удельной межфазной поверхности приводит к следующему:

• интенсификации процессов, протекающих на поверхности порошка;

• усилению яркости окраски пигментов;

• повышению качества композиционных материалов;

•улучшению вкусовых качеств пищевых продуктов. Однако с уменьшением размеров частиц порошка усиливаются и его негативные свойства:

• слеживаемость;

• прилипаемость к поверхностям оборудования и тары;

• уменьшение текучести (сыпучести).

Это затрудняет технологические процессы: смешение, дозировку, транспортировку и др.

Начиная с некоторого критического размера частиц (do,кр) сила связи между частицами Fсв становится равной силе тяжести:

где n — число контактов, m — масса частицы; g — ускорение свободного падения.