§ ①粗分散体系：质点大小大于0.5um的分散体系§ ②胶体分散体系：质点大小在0.5um～1nm§ ③分子分散溶液：质点小于1nm第十章 分散与絮凝作用 10.1分散体系的形成§ 10.1.1分散法1固体粒子的分散过程使粉体润湿，将附着于粉体上的空气以液体介质取代；使固体粒子团簇破碎和分散;阻止已分散的粒子再聚集 1）固体粒子的润湿当铺展系数SL/S>o时，固体粒子就会被介质完全润湿，此时接触角θ＝00表面活性剂的作用：一表面活性剂在介质表面的定向吸附(介质若为水)表面活性剂会以亲水基伸入水相而疏水基朝向气相而定向排列使γLV降低二由于在固—液界面以疏水链吸附于固体粒子表面而亲水基伸入水相的定向排列使γSL降低，因此有利于铺展系数SL/S增大而利用铺展润湿，使接触角θ变小2）粒子团的分散或碎裂式中 ΔP——毛管力；γLV——液体的表面张力； θ——液体在毛管壁的接触角 高能表面，液体在毛管壁的接触角一般θ 900，因此ΔP为负值，与固—液界面扩展的方向相反对渗透起阻止作用当表面活性剂加入后，θ>900变为θ0而加速了液体在缝隙中渗透 渗透速度：式中，l是t时间时间 内液体沿孔隙渗入的距离；r是粉体缝缝隙。
η是液体粘度阴离子表面活性剂：通过范德华相吸力克服静电排斥力或通过镶嵌方式而被吸附于缝隙的表面，使表面因带同种电荷使排斥力增强，以及渗透水产生渗透压共同作用使微粒间的绞结强度降低，减少了固体粒子或粒子团碎裂所需的机械功，从而使粒子团被碎裂或使粒子碎裂成更小的晶体，并逐步分散在液体介质中非离子表面活性剂：通过范德华力被吸附于缝隙壁上，非离子表面活性剂存在不能使之产生电排斥力但能产生熵斥力及渗透水化力使粒子团中微裂缝间的绞结强度下降而有利于粒子团碎裂 § 阳离子表面活性剂：可以通过静电相吸力吸附于缝隙壁上，以季铵阳离子吸附于缝隙壁带负电荷的位置上而以疏水基伸入水相，使缝隙壁的亲水性下降，接触角θ增大甚至θ>900，导致毛管力为负，阻止液体的渗透，所以阳离子表面活性剂不宜用于固体粒子的分散3）阻止固体微粒的重新聚集表面活性剂吸附在固体微粒的表面上，增加了防止微粒重新聚集的能障，并且由于所加的表面活性剂降低了固—液界面的界面张力，即增加分散体系的热力学稳定性10.2.1胶体稳定性的DLVO理论§ 亲液胶体粒子表面覆盖有溶剂化层，可以防止粒子聚集同时大部分亲液胶体粒子表面也带有电荷，粒子间也可存在电性斥力，从而使得粒子难以聚集。
§ 疏液胶体体系稳定性最著名的理论就是由Derjaguin、Landau、Verwey和Overbeek四人提出的DLVO理论1质点间的范得华相吸能（VA） 当两个球形质点的体积相等，距离非常小的情况下，它们之间的吸引能VA可以用下式表示：式中A－Hamaker常数；r－质点的半径；H－质点间的最短距离 吸引能与之点半径成正比粒径大的质点吸引能也大吸引能随着质点间的最短距离的减小而增大2.双电层的排斥（VR）质点的排斥能VR：VR＝ rDu2ln[1+exp(-kH)]式中，VR－质点间的排斥力；r－质点的半径；D－水的介电常数；u－吸附层和扩散层界面上的电位；－扩散层的厚度；H－质点间的最短距离排斥能与吸附层和扩散层界面上的电势和质点半径成正比；吸附层和扩散层界面的电势越高，排斥能越大，质点越不易靠近，质点越易分散稳定；粒径小时，排斥能也小，质点容易靠近，易于絮凝；排斥能随之质点间的距离的增加，而以指数的形式下降3质点间的相互作用能VT当两个带电质点相互靠近时，质点间的相互作用能等于吸引能和排斥能之和: VT＝VA ＋ VR§ 在质点间的距离处于很小和很大时，相互势能VT以吸引能为主，体系易形成絮凝体；§ 当质点间的距离处于中等程度时，相互作用以排斥能为主，质点处于稳定状态，不易形成絮凝体；质点相距很远时，吸引能和排斥能都等于零；在VT－H的曲线上存在两个极小能量值，即第一和第二极小值和一个势垒，势垒是指凝聚或絮凝的最大障碍。
§ 若要使体系处于分散稳定状态就需要设法升高此势垒增加排斥能，加大质点间距离缩短增加其吸引能而形成絮凝体将第一极小值处发生的聚结称为聚沉（congulation），而在第二极小值处发生的聚结叫做絮凝（flocculation）4电解质对溶胶稳定性的影响再带电现象 电解质对溶胶稳定性的影响与反离子的价数有关在浓度相等时，反离子的价数越高其 聚沉能力越强以一价阳离子作为反离子聚沉能力随水化半径增大而递减：H+>Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+以一价负离子作为反离子聚沉能力顺序如下： F—>IO3—>H2PO 4—>BrO3—>Cl—>ClO3—>Br—>I—>CNS－· 10.3 表面活性剂的分散稳定作用§(1)降低液体介质的表面张力γLV固液界面张力γSL和液体在固体上的接触角θ ，提高其润湿性质并降低体系的界面能同时可提高液体向固体粒子孔隙中 渗透的速度，以利于表面活性剂在固体界面的吸附，并产生其它利于固体粒 子聚集体粉碎、分散的作用 § (2)离子型表面活性剂在某些固体粒子上的吸附可增加粒子表面电势，提高 粒子间的静电排斥作用，利于分散体系的稳定 §(3)在固体粒子表面上亲液基团朝向液相的表面活性剂定向吸附层的形成利于 提高疏液分散体系粒子的亲液性，有时也可以形成吸附溶剂化层。
§(4)长链表面活性剂和聚合物大分子在粒子表面吸附形成厚吸附层起到空间稳 定作用 §(5)表面活性剂在固体表面结构缺陷上的吸附不仅可降低界面能，而且能在表 面上形成机械蔽障，有利于固体研磨分散10.3.1表面活性剂在水介质中的分散稳定作用 1对非极性固体粒子的分散作用图10-17 炭黑的分散过程 (a)吸附阴离子表面活性剂提高电能障； (b)吸附非离子表面活性剂提高空间阻碍 阴离子型表面活性剂：不仅能提供电能障而且由于表面活性剂分子在固体粒子表面上的定向作用——非极性基团吸附于固体粒子表面，极性基伸入水中而使固—液界面张力降低，也更有利于固体粒子在水相中分散，这种吸附效率是随着憎水基团的碳链的增长而增加的，因此可以推测，在这种情况下，长碳链的离子型表面活性剂，比短碳链的更有效非离子表面活剂：可以改善非极性固体粒子在水中的润湿性，如聚氧乙烯醚作为亲水基团的这类表面活性剂虽然不能提供电能障，但它却可以通过柔顺的聚氧乙烯链提供熵排斥力，形成空间位阻2对极性质点的分散稳定作用1) 离子型表面活性剂与质点表面带有同种电荷Zeta电势与磺甲基酚醛树脂在粘土表面上吸附量的关系 2)离子型表面活性剂与质点表面带有相反电荷 阴离子表面活性剂对带正电荷的氧化铁粒子的分散与絮凝作用 10.3.2表面活性剂在有机介质中的分散稳定作用TiO2的表面处理过程质点在有机介质中的分散主要是靠空间位阻产生熵斥力来实现的 。
超分散剂的分子量一般在1000～10000之间，分子结构中含有性能、功用完全不同的两个部分：一部分为锚固基团，可通过离子对、氢键、范德华力及改性剂结合等作用以单点锚固或多点锚固的形式紧密地结合在颗粒表面上，如图所示另一部分为亲介质的(Binder-plilic)溶剂化的聚合物链，它通过空间位阻效应(熵排斥)对颗粒的分散起稳定作用3.超分散剂超分散剂在颜料表面的锚固方式4.超分散剂的作用机理1）锚固机理强极性表面的无机粒子：超分散剂只需单个锚固基团，此基团可与粒子表面的强极性基团以离子对的形式结合起来，形成所谓的“单点锚固”如图10—28(a)图10—28 超分散剂的锚固类型 弱极性表面的有机粒子：采用含多个锚固基团的超分散剂，这些锚固基团可以通过偶极力在粒子表面形成“多点锚固”的形式如图超分散剂的锚固类型 完全非极性表面：采用有机颜料带一定极性基团的衍生物，而使粒子表面带有一定极性的锚固位2）稳定机理在非水分散体系中，对稳定起决定作用的是空间位阻(熵排斥)在超分散剂作用体系中，超分散剂以其锚固段吸附于颗粒表面，溶剂化段则伸展于分散介质中，其长度一般在10—15nm之间，当两个吸附有超分散剂的颗粒相互接近时，由于伸展链的空间阻碍因此不会引起絮凝，而维持稳定的分散状态。
3）超分散剂的分子结构超分散剂在颗粒表面的主要吸附形态10.7絮凝作用凝聚作用:使用凝聚剂中和质点和悬浮物颗粒表面电荷，使其克服质点和悬浮物颗粒间的静电排斥力，从而使颗粒脱稳的过程称作凝聚作用絮凝作用:是质点和悬浮物粒子在有机高分子絮凝剂的桥连作用下,使其形成粗大的絮凝体的过程在此过程中也存在着电荷的中和作用10.8聚合物的絮凝作用机理絮凝作用主要是在体系中加入有机高分子絮凝剂，有机高分子絮凝剂通过自身的极性基或离子基团与质点形成氢键或离子对，加之范德华相吸力而吸附于质点表面，在质点间进行桥连形成体积庞大的絮状沉淀而与水溶液分离絮凝作用的特点是絮凝剂用量少，体积增大的速度快，形成絮凝体的速度快，絮凝效率高 10.8.1吸附聚合物的絮凝机理§ 1静电中和颗粒表面的正电荷区和负电荷区2有机高分子絮凝剂的桥连作用桥连作用:质点和悬浮物通过有机高分子絮凝剂架桥而被连接起来形成絮凝体的过程主要通过高分子絮凝剂在质点表面的环式和尾式吸附架桥形成的桥连a）一个聚合物吸附在二个或多个表面上搭桥； （b）吸附在二个胶粒表面上的聚合物分子搭桥图10-34 聚合物对分散相粒子的敏化与保护作用 [37]10.9高分子絮凝剂与带相同电荷的质点间的桥连①质点表面存在着正电荷区 ②带负电的絮凝体对质点的包裹作用 ③反离子的作用 ①质点表面存在着正电荷区 晶体颗粒表面电荷图②带负电的絮凝体对质点的包裹作用 ③反离子的作用 分子量很高的离子型有机高分子絮凝剂在电离状态下，在带电离子附近电势最大区域以外存在一个电势隧道，反离子在电势隧道里具有较大的流动性，这有助于絮凝过程的进行。
10.10高分子絮凝剂与带有不同电荷的质点间的桥连 在桥连过程中，有机阳离子絮凝剂的分子量起着重要的作用 例:采用分子量为5×104～2×105的有机阳离子絮凝剂处理油田污水，可观察到细小的絮凝体如果改用分子量高达2×106的有机阳离子絮凝剂来处理同种油田污水，会观察到在电荷中和的同时，不但絮凝作用完全而且形成粗大的絮凝体，污水迅速被澄清 分子量很低的有机阳离子高分子作絮凝剂，在絮凝过程中，其主要是起中和质点表面电荷的作用而桥连作用少吸附于质点表面的有机高分子絮凝剂还可能因电荷被中和而收缩失去大量水合的水分子使其横截面积减少，增加分子量很低的絮凝剂在质点表面的吸附量，而参与桥连的少，不利于絮凝体的形成，因而絮凝效果差分子量高电荷密度也高的有机阳离子高分子絮凝剂，在质点表面的多点吸附使高分子链多以无桥链作用的列车式结构形态存在，而能参与桥连的立体环式和尾式结构形态较少，影响了高分子的桥连作用，降低了絮凝作用 分子量高电荷密度低的有机阳离子絮凝剂在质点表面的吸附形态多以能参与桥连的立体环式和尾式结构形态为主，桥连作用强，因此絮凝效果好絮凝体表面的产于电荷示意图。