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1、中国粉体工业 N O . 1 2 0 0 75超细粉体的分散技术及其应用综述任俊 工学博士，研究员。第四届“中国青年颗粒学奖”获得者， 1 9 8 3 年毕业于东北大学矿物加工工程专业；1 9 8 3 1 9 9 4 年在冶金工业部 包头稀土研究院工作； 1 9 9 4 1 9 9 9 年在北京科技大学资源工程学院攻读硕 士、博士学位，获工学博士学位；1 9 9 9 2 0 0 1 年在南京大学化学化工学 院高分子化学与物理流动站做博士后研究工作；2 0 0 1 年到现在在中国科学 院理化技术研究所工作。 主要从事微细颗粒在液相及空气中分散和颗粒表面 改性抗团聚分散技术研究，目前，主要从事智能
2、材料、纳米颗粒可控技术 研究，纳米颗粒抗团聚分散及纳米热固性涂料的开发研究工作。近年来， 研究成果获得省部级科技进步二等奖1 项，申请国家发明专利6 项，在 J . C o l l o i d a n d I n t e r f a c e S c i e n c e 、M a t e r i a l s C h e m i s t r y a n d P h y s i c s 、 P o w d e r T e c h o n o g y 、 C h i n e s e S c i e n c e B u l l e t i n 等国内外刊物上 发表研究论文 9 0 余篇，出版专著2 部，
3、参编专著 3 部。 联系方式 ： e - m a i l : r j m a i l . i p c . a c . c n 或r a c j k s o h u . c o m 任 俊 研究员/ 中国科学院理化技术研究所超细粉体的分散是基础研究领域 和 工 业 技 术 部 门 普 遍 遇 到 的 课题。其应用日益广泛。如化工、医药、涂料、造纸、建筑、材料及冶金、食品等。分散技术不仅是提高产品（材料）质量和性能及提高工艺效率不可缺少，而且是十分重要的技术手段。超细粉体材料合成与制备是当面，在复合材料的制备过程中，由于超细粉体的这种强烈团聚特性和它与复合基体材料的极性差异，超细粉体很难均匀地分散
4、在基体材料中形成均质复合材料，使复合材料的性能难以达到人们预期的效果。超细粉体强烈的团聚特性严重制约着 超 细 粉 体 材 料 广 泛 而 有 效 的 应用，成为超微技术进一步发展的瓶今 科 技 界 引 人 注 目 的 研 究 领 域 之一。性能不同形状各异的超细粉体材料都可通过物理或化学等人工合成的方法制备。但是，由于超细粉体粒度小，极易产生自发凝并，表现出强烈的聚团特性，不论在空气中还是在液相中均易生成粒径较大的二次粉体，聚团的结果导致超细粉体材料性能的严重劣化。另一方专家 E x p e r t中国粉体工业 N O . 1 2 0 0 76颈。如何保证超细粉体在制备、贮存及随后的应用加工
5、过程中保持分散而不聚团“长大” ，以及超细粉体在复合材料中能充分分散成为超微粉体，特别是纳米复合技术未来发展和应用的关键。因此，超细粉体的抗团聚分散技术对于拓宽超细粉体材料的应用领域，开发高性能的复合材料是至关重要的。超细粉体的分散体系分散体系是指一种或一种以上物相以粉体形式离散分布在某种连续相中所构成的多相体系。在分散体系中连续相称为分散介质，而离散 分 布 的 粉 体 称 为 分 散 相 或 分 散体 。分 散 相 及 分 散 介 质 可 以 是 固体、液体或气体。因此，分散体系共有：气气，气液，气固，液气，液液，液固，固气，固液，固固九种形式。表 1是典型的分散介质和分散相及常见的分水有
6、机极性液体有机非极性液体气 体液 体液 体高聚物复合材料基体乙二醇、乙醇、环己醇、甘油、丙 酮 等环己烷、二甲苯、苯、四氯化碳、煤油、烷烃类油等各种气体水、有机极性或有机非极性溶 剂水、有机极性或有机非极性溶 剂聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、聚乙烯、聚酯、尼龙、聚氯乙稀、聚氨酯；丁基橡胶、二元乙丙橡胶、环氧氯丙橡胶、氯丁橡胶等分 散 相大多数无机盐、氧化物、硅酸盐、无机粉体等、金属粉体等无机粉体等、金属粉体等大多数疏水粉体等大多数无机盐、氧化物、硅酸盐、无机粉体等、金属粉体（大多数疏水粉体）等有机极性物质、有机非极性物质或水各种气体二氧化硅、三氧化铝、白碳黑、硅酸盐、碳化硅、氢氧化铝、滑石、碳酸
7、钙、氢氧化镁、二氧化钛、碳黑、石墨、硅灰石、玻璃纤维、各种金属粉体等备 注二氧化钛，铅白，氧化锌（锌白） ，锌钡白，石墨，铁黑，碳黑，苯胺黑，铁黄，铁红，铁黑，铬黄、铬绿，铁蓝；联苯胺黄，耐光黄，镍偶氮黄，酞箐蓝，酞箐绿，大红粉，钡白，碳酸钙，硅酸钙，瓷土，云母，氢氧化铝，滑石粉，硅石，锌粉，铝粉，黄铜粉，二氧化钛包覆的鳞片状云母，鱼鳞，碱式碳酸铅，氧氯化铋，掺杂有活性剂的硫化锌或硫化镉，如 Z n S / C u ，Z n S / A g ；掺有铑或钍等放射性元素的硫化物等，红丹，云母片，玻璃鳞 片 等分散介质表 1 典型的分散介质与分散相散体系组合举例。分散应用领域粉体碰撞是否引起团聚，取
8、决于体系的综合物理化学条件，归根到底取决于粉体间的综合表面力，而这些表面力受体系中粉体与分散介质的作用、粉体间的相互作用和介质分子间的相互作用三种基本作用的支配。因此，研究体系中粉体与分散介质的作用、粉体间的相互作用和介质分子间的相互作用三种基本作用，研究支配粉体团聚的物理的及化学的机制，研究防止粉体团聚的各种有效途径及方法，研究超细粉体的分散技术，开发有针对性的各种分散工艺，设备及药方，便显得格外重要。粉体分散的科学技术便由此发展起来。随着粉体分散在科学研究及生产实践中的重要性逐渐被人们所认识和揭示，粉体分散技术的应用现已几乎遍及化学化工、材料、冶金、建筑、能源、食品、医药、建材、农业等所有
9、工业领域（图 1） 。2 0 0 5年在化学工业出版社出版的有关粉体分散技术的颗粒分散科学与技术专著从胶体化学、表面（界面）化学理论、材料学及颗粒技术出发，系统地介绍了颗粒的性质、颗粒间的相互作用、颗粒表面改性、颗粒在不同介质中的分散理论、分散特征、分散方法和技术，同时还介绍了颗粒分散的分散剂、分散设备、评价方法以及分散技术在诸多工业中的应用。它不仅反映了著者的最新科研成果和观点，同时也反映了国内外颗粒分散技术的新进展和科学前沿。分散设备粉体的分散、混合与均化在粉体技术中有三个目的。其一是使团聚粉体的碎解和分散，尽力使团聚专家E x p e r t中国粉体工业 N O . 1 2 0 0 77
10、粉体达到单粉体分散；其二是在粉体制备过程中由于各部分或前后生产的产品的成分或粒度不均匀，而在 使 用 时 需 要 性 能 均 一 的 粉 体 材料 ，为 了 消 除 各 部 分 性 能 上 的 差异，需要对粉体材料进行分散、混合与均化处理；其三是，有些粉体材料需要进行改性处理，为了保证固 /固分散复合材料固态复合材料高聚物复合材料无机非金属复合材料金属复合材料固 /液分散复合材料建 筑能 源冶 金液态复合材料水泥、混凝土等水煤浆、油煤浆等矿物加工、冶金等涂料、油漆、磁流体等水 泥 浆矿浆、絮凝分选等固( 液) /液分散化学化工石 油农 业食 品固 /液, 液 /液等悬浮液泥浆分散及驱油、乳化农
11、药的乳化分散等食品加工等钻( 完) 井液、润滑油等乳剂、胶悬剂等牛奶、果汁、菜汁等液( 固) /液分散医 药制 药 等口服液体剂型药物固 /气分散粉体工程各种粉体材料粉尘、各种粉体等气 /液分散化学工业液态复合材料固 /液 /气多相体系喷雾杀虫剂、发胶等泡沫浮选等粉体分散技术图 1 粉体分散的分类及应用改性处理的均一性，也需要进行分散、混合与均化处理。（1 ）超声波分散机超声空化阈值和超声波的频率有密切关系。频率越高，空化阈越高。目前超声波分散机的工作频率根 据 分 散 对 象 ，大 致 分 为 三 个 频段：低频超声分散( 2 0一 5 0 K H z ) ，设备名称H F - 5 0 B超
12、声分散器ZQK-2二槽系列超声波分散机GX 系列三槽式超声波气相清洗机ZQ系列小型超声波分散机I W - 2 4 0 2 8 BT E O - 4 0 4 2 R规格（mm）0 - 1 5 0 03 2 5 6 0 2 8 02 9 5 2 3 0 1 0 06 5 0 6 0 0 5 5 04 5 0 3 3 0 4 0 0超声功率（W）1 0 0 1 8 0 01 5 0 0 1 8 0 01 5 0 0 1 8 0 02 5 0 3 0 02 4 0 02 1 0 0表 2 典型超声分散机高频超声分散( 5 0 2 0 0 K H z ) 和兆赫超声分散( 7 0 0 K H z一 1
13、M H z以上) 。典型超声分散机见表 2 。（2 ）机械搅拌分散机工业应用的机械搅拌分散设备有高转速定子旋盘式分散器和搅拌型分散机。机械分散是指用机械力把粉体聚团打散。这是一种应用最广泛的分散方法。机械分散的必要条件是机械力（指流体的剪切力及压应力）应大于粉体间的粘着力。通常机械力是由高速旋转的叶轮及冲击作用引起的强湍流运动而造成的。常见的机械搅拌分散设备见表 3。（3 ）混合分散机万能式混合分散机是用于多组分粉体混合改性以及高粘度粉体浆料混合分散的一种有效设备。该装置由混合容器及特殊形状的搅拌浆组成，搅拌浆由电机带动，可作旋转、上升、下降以及位移等多种运动，因此混合分散效果好，无死角和积料
14、等。M e g a t r o n混合分散机也是用于粉 体 浆 料 混 合 分 散 的 一 种 较 好 设备，该机是由转子和定子组成，转子在内圈，定子在外圈，转子和定子都装有篮式齿。在转子高速旋转带动下，内圈作高速旋转并产生负压，使浆料从中心吸入。浆料在转子离心力作用下，物料被充分混合分散均化。该机主要适用于粉体浆料的混合分散均化，并兼有粉碎功能。P o l y t r o n篮式混合分散机式由K i n e m a t i c a A G公司研制的一种新型混合分散机。该机主要用于超细粉体的浆料混合分散。该机的工作原 理 是 在 高 速 旋 转 搅 拌 轴 的 带 动下，安装于搅拌轴下端的搅拌
15、篮作高速旋转，使篮框（搅拌齿）产生强大的离心立场，使篮框中心形成负压区，则浆料被自动吸入篮框的专家E x p e r t中国粉体工业 N O . 1 2 0 0 78设备名称GF1高速分散机T 5 0分散机F25A型高剪切分散乳化机MS-1型高剪切分散乳化机FM 实验室型高剪切分散乳化机F A 9 0 - 1 . 5间歇式高剪切分散乳化机G E I O 4高速分散机K D 3 7 0涂料快速分散实验机F 6 / 1 0手持式超细均浆机规格（r p m ）2 8 0 0 - 2 8 0 0 04 0 0 0 - 1 0 0 00 - 2 8 0 0 06 0 0 - 6 0 0 03 0 0 -
16、 1 1 0 0 06 0 0 - 3 6 0 00 - 8 0 0 06 3 05 0 0 0 - 3 5 0 0 0功 率 W3 6 01 1 0 0 / 7 0 05 0 0 / 3 5 05 0 03 0 01 5 0 04 0 03 7 01 4 5体积范围0 . 2 5 - 3 0 L0 . 2 - 5 L0 . 3 - 1 0 L0 . 1 - 5 L5 - 5 0 L3 L0 . 2 - 1 5 0 m l表 3 典型机械搅拌分散机中心区，吸入中心区的浆料在转子离 心 力 的 作 用 下 通 过 篮 框 齿 间 缝隙，在齿的高速撞击下被分散、混合，并被甩向四周。浆料经多次循环后被充分混合分散。B e a d l e s s分散机由 E n o m u r a M和 A r a k i K研制的一种新型湿式分散机。B e a d l e s s分散机由两个相对的环轮状圆盘构成，其中一个具有螺旋结构（放射状）
