Quais são as diferenças de coesão entre os diferentes pós?

A diferença na força coesiva entre diferentes pós é devido ao tipo e resistência das forças interpartículas (forças de van der Waals, forças capilares, forças eletrostáticas, etc.), e seus principais fatores de influência incluem tamanho de partícula, rugosidade superficial, teor de umidade e propriedades do material, resultando em força coesiva que pode abranger múltiplas ordens de magnitude (de 10 ⁻⁶ N a 10 ⁻¹ N). Essa diferença pode ser descrita quantitativamente por meio do índice de características de agregação, tensão superficial e modelo de correção de rugosidade.

Tamanho de partícula: 5um é o limite principal para a força da força coesiva

Pós ultrafinos com tamanho de partícula inferior a 5um têm um índice característico de agregação significativamente aumentado devido à sua grande área superficial específica e às forças de van der Waals que dominam a força coesiva. Experimentos mostraram que quando o diâmetro da partícula diminui de 10 μm para 2 μm, o número de aglomeração (a razão entre a força de interação da partícula e a gravidade) pode ser aumentado em três ordens de grandeza, resultando na transição do pó de um estado de "fluxo livre" para um estado de "forte aglomeração".

Por exemplo, a coesão dedióxido de nanotitânio(tamanho de partícula ~ 20 nm) é mais de 100 vezes maior que o dióxido de titânio de tamanho micrométrico, devido à alta proporção de átomos expostos na superfície de partículas finas e interações intermoleculares mais fortes. Para pós com tamanho de partícula superior a 5 μm, a força gravitacional excede a força de van der Waals, e a força coesiva é determinada principalmente por mordida mecânica e fricção. O índice característico de aglomeração é próximo de 1 e a fluidez é boa.

Rugosidade superficial: "redutor coesivo" para pó seco

A força coesiva das partículas de superfície lisa vem principalmente de interações intermoleculares diretas, enquanto as microssaliências (rugosidade> 10nm) na superfície dos pós reais enfraquecem significativamente esse efeito. Cálculos teóricos mostram que a adesão seca das esferas de vidro ásperas é apenas 1/10 daquela das esferas lisas, já que o corpo micro convexo protege as forças de van der Waals, reduzindo a área de contato efetiva para menos de 10% da área aparente. Por exemplo, o pó de alumínio esférico (rugosidade superficial Ra = 0,1 μm) moído por fluxo de ar tem uma força coesiva 40% menor e uma melhoria mais significativa na fluidez do que o pó de alumínio irregular (Ra = 1,2um) moído por moagem mecânica.

Teor de umidade: a força capilar desencadeia um "crescimento semelhante a um passo" da força coesiva

Uma pequena quantidade de água (<5%) formará pontes líquidas entre as partículas, gerando coesão capilar muito além do estado seco. Para pó de contas de vidro, a adição de 0,5% de umidade pode aumentar a força coesiva de 10 ⁻⁵ N para 10 ⁻² N, que é determinada pela fórmula cap-2 πγ LVRcos θ, onde a tensão superficial γ - LV e o ângulo de contato θ são parâmetros-chave. Por exemplo, a força coesiva da areia de quartzo no estado seco é de apenas 0,01N. Depois de adicionar água a 2%, a força coesiva pode atingir 0,3N devido à ponte capilar, o que é suficiente para formar uma estrutura estável de "castelo de areia". Mas quando o teor de umidade excede 15%, as partículas são completamente envolvidas por uma película de água e a força capilar diminui, enquanto a força coesiva torna-se dominada pela flutuabilidade.

Propriedades do material: tensão superficial e efeito regulador de grupos químicos

A diferença na energia superficial de diferentes materiais resulta em diferentes valores de base coesiva. Por exemplo, pós metálicos (como pó de cobre, energia superficial γ _SV-1J/m²) têm resistência coesiva 30 vezes maior do que pós poliméricos (como polietileno, γ _SV-0,03J/m²). Pó contendo grupos funcionais especiais (como sílica hidroxilada) tem uma coesão que é mais de 50% maior do que pós não polares semelhantes devido à ligação de hidrogênio. Resinas à base de água, como SV-6145, podem melhorar a fluidez do revestimento e, ao mesmo tempo, manter a adesão, reduzindo a coesão (enquanto mantêm os grupos de ancoragem). O princípio do projeto é usar grupos de baixa energia superficial para enfraquecer a atração interpartículas.

Na indústria, as estratégias de tratamento precisam ser desenvolvidas com base nas diferenças nas forças coesivas: para pós fortemente coesivos (como nanomedicamentos), a modificação da superfície (adição de agentes de acoplamento de silano) é usada para reduzir γ _SV; Para pós contendo água (como fertilizantes), controle o teor de umidade dentro da faixa mínima de força capilar (<0,5%); Para partículas ásperas (como pó mineral), a suavidade da superfície é melhorada pela moagem de bolas. A essência destas medidas é regular as forças coesivas da fonte das forças das partículas, equilibrando o desempenho do processamento do pó e a qualidade do produto.

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