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技術(shù)文章

粉體在液體介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性機(jī)制及檢測(cè)方法點(diǎn)擊次數(shù):3712 更新時(shí)間:2020-08-12

粉體在液體介質(zhì)中的分散體系被稱(chēng)為懸浮液。懸浮液為一種介于膠體和粗分散體系的固液懸浮體系,而固液懸浮體系存在于多個(gè)領(lǐng)域內(nèi),如石油化工、涂料、顏料、納米材料、磁性材料、農(nóng)藥等領(lǐng)域,固液懸浮體系中的超細(xì)粉體具有較大的比表面積和較高的比表面能,是熱力學(xué)上不穩(wěn)定體系,當(dāng)其分散在分散介質(zhì)中容易發(fā)生團(tuán)聚,影響其性能的發(fā)揮。因此,對(duì)于制備穩(wěn)定性好的懸浮體系,是各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵。對(duì)于如何保證懸浮體系的穩(wěn)定性以及懸浮體系的穩(wěn)定機(jī)理的研究,一直是指導(dǎo)生產(chǎn)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ),而這些研究成果和技術(shù)對(duì)于懸浮液的開(kāi)發(fā)也有積極的借鑒意義

 

分散穩(wěn)定性機(jī)制

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A 上浮,漂浮  B沉降  C聚并  D絮凝,聚結(jié)  E奧氏熟化  F相轉(zhuǎn)變

 

一般而言,分散體系均屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。但是對(duì)于一個(gè)比較穩(wěn)定的分散體系,它的變化速率可能會(huì)很慢,具有一定的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。

影響動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的固有因素有:

a)分散相(粉體/顆粒)體積濃度(例如,空間均勻性,稀的或濃的)

b)連續(xù)相的狀態(tài)(例如,密度,粘度,表面張力,化學(xué)勢(shì),溶劑的性質(zhì))

c)分散相的狀態(tài)(例如,粒徑大小,形狀、密度,顆粒的變形能力,顆粒表面的結(jié)構(gòu))

d)顆粒之間的相互作用(例如,靜電作用和范德華力,空缺絮凝力)

e)分散相和連續(xù)相之間的相互作用(例如,潤(rùn)濕性,界面張力,界面流變,樣品流變性、溶解度和不溶解度、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成)

 

影響固液懸浮體系分散穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)因素: 

1.粉體在液體介質(zhì)中的分散方法

大部分的固液懸浮體系是通過(guò)機(jī)械分散來(lái)加工的,主要是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)的沖擊作用和剪切作用使粉體形成分散懸浮液。但機(jī)械分散的主要問(wèn)題是一旦顆粒離開(kāi)機(jī)械作用產(chǎn)生的渦流場(chǎng),外部環(huán)境復(fù)原,它們又可能重新形成團(tuán)聚。因此,需要在固液懸浮體系中添加必要的助懸成分提高其懸浮穩(wěn)定性。

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但是在固液懸浮體系中,密度差不可能為零,直徑也不是越小越好,因?yàn)橹睆皆叫。腆w顆粒比表面積越大,界面能也就越大,終導(dǎo)致顆粒間互相聚結(jié)合并長(zhǎng)大。因此只有在適宜的范圍內(nèi)調(diào)整粘度,通過(guò)降低固體顆粒沉降速度獲得良好的懸浮穩(wěn)定性,一般采用的方法是在懸浮液中添加增稠劑來(lái)提高分散體系的粘度。

 

2.分散劑種類(lèi)和用量

在研究懸浮劑的抗 聚結(jié)穩(wěn)定性上,通常利用加入分散劑來(lái)實(shí)現(xiàn),使用的分散劑主要有陰離子表面活性劑、 非離子表面活性劑和大分子助劑等(路福綏,2000)。目前來(lái)說(shuō),在懸浮液的制備過(guò)程中,為了獲得良好的分散穩(wěn)定性,選用合適的分散劑以及分散劑的用量,是一條重要的途徑。但是只有合適的分散劑種類(lèi)是不夠的,從懸浮液的穩(wěn)定性上來(lái)說(shuō),分散劑用量的濃度也需要一個(gè)合適的量,超過(guò)一定的量也會(huì)造成分散不穩(wěn)定。對(duì)于顆粒濃度比較低的 懸浮液,可以用沉降速度表示分散劑對(duì)顆粒分散的效果。對(duì)于濃度很高的顆粒懸浮液, 添加適量的分散劑,可使大的二次團(tuán)聚顆粒分散成小的二次團(tuán)聚或一次顆粒。另外還要控制懸浮液的黏度,選擇合適的分散劑也能降低黏度。在使用與顆粒表面電荷相反的分散劑時(shí),要增加分散劑的用量形成雙分子層才能起到良好的分散效果。

 

3 電解質(zhì)與懸浮體系穩(wěn)定性

水中存在高價(jià)的離子如Ca2+、Mg2+、Al3+等離子,必然會(huì)影響著顆粒的分散穩(wěn)定 性。氯化鈉等電解質(zhì)用量過(guò)大,在顆粒表面產(chǎn)生雙電層的是值增大,因此阻礙顆粒間團(tuán) 聚的靜電斥力作用減弱,分散穩(wěn)定性效果變差,電解質(zhì)濃度越高,普通的小分子分散劑分散效果變差,甚至*喪失,在這樣的高電解質(zhì)水溶液中,對(duì)顆粒表面具有吸附基團(tuán) 的非離子高分子分散劑顯示出了顯著分散效果,主要原因在于高分子分散劑在懸浮體系 中除了通過(guò)吸附顆粒間的靜電排斥,還能形成強(qiáng)大的空間位阻作用,抑制顆??拷劢Y(jié)。 

 

4.流變性

在懸浮液的制備過(guò)程中流變學(xué)特性是漿料穩(wěn)定性的直接體現(xiàn)(巴勒斯HA,1992)。懸浮液的流變性與其本身的固含量、pH值、粉體粒徑和分散劑等密切相關(guān)(Hoffman RL,1991; Russel WB, 1991), 王浚等(1999)研究了高含量Y-TZP懸浮液的流變性特性,采用聚丙烯酸鹽(NaPAA、 NH4PAA)為分散劑,研究了分散劑、粉體粒徑和固含量對(duì)Y-TZP懸浮液流變學(xué)性能的影響。結(jié)果表明分散劑含量為1.8%時(shí)懸浮液粘度低,而且懸浮液黏度隨固含量的增大而增大,在固含量相同時(shí),粉體顆粒增加可以有效降低漿料的粘度。但在實(shí)踐中,溫度、靜置時(shí)間及剪切時(shí)間對(duì)懸浮液的表觀黏度及流變性也有影響。

 


分散穩(wěn)定性的檢測(cè)方法:

在實(shí)踐中,有必要選擇合適的表征分散穩(wěn)定性的測(cè)試方法。如果可能,建議選擇一種不需要樣品制備的方法,樣品是在其原始狀態(tài)下進(jìn)行分析的。分散體的狀態(tài)是復(fù)雜的,任何樣品制備都可以改變本身狀態(tài)。(ISO TR 13097)

1. 

觀察法

2. 

這種方法已經(jīng)被應(yīng)用了幾個(gè)世紀(jì),以檢驗(yàn)分散體系隨時(shí)間的變化情況估計(jì)它的保質(zhì)期。樣品放置在試管、測(cè)試瓶或容器中,在實(shí)際存儲(chǔ)條件下長(zhǎng)期觀察。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔,天、星期或月進(jìn)行定性,定性結(jié)果報(bào)告為“是/否合格”或“變化多/少”。觀察法簡(jiǎn)單而且成本低,但需要大量的存儲(chǔ)空間,并且它們是耗時(shí)的,主觀的結(jié)果取決于操作人員且不可追蹤。

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2.精密儀器分析方法

與視覺(jué)觀察相比,儀器方法的結(jié)果是客觀和可追溯的。他們也表現(xiàn)出更高的靈敏度,重現(xiàn)性和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。適當(dāng)?shù)臏y(cè)量程序可以根據(jù)樣品的穩(wěn)定性指標(biāo)選擇。垂直掃描技術(shù)特別適用于相分離的檢測(cè),有助于區(qū)分相分離和粒徑變化。

Turbiscan多重光散射儀采用近紅外光源搭配透射光和背散射光檢測(cè)器,沿著樣品垂直高度掃描,每40微米記錄一個(gè)光強(qiáng)信號(hào)。樣品始終保持自然狀態(tài),儀器按照設(shè)定的周期對(duì)樣品進(jìn)行掃描,定量分析樣品不同高度上的粒徑和濃度變化,全面表征不穩(wěn)定現(xiàn)象,分析粉體在液體介質(zhì)中的失穩(wěn)機(jī)理。

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 Formulaction Turbiscan多重光散射儀 代理商:東南科儀

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