Микрогетерогенные системы

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.

Дальнейшее уменьшение размеров частиц приводит к самопроизвольному образованию пространственных структур.

Для высокодисперсных порошков критический размер:

где Δр — эффективная плотность частицы в дисперсионной среде (Δр = рчаст - ргаз ≈ рчаcт). При расчете реальных значений do,кр получается величина ~ 100 мкм. Для увлажненных порошков, в которых существенную роль играют капиллярные силы, значение do,кр на порядок больше. Итак, значение do,кр служит критерием агрегируемости порошка.

Высокодисперсные порошки с диаметром частиц d гораздо меньше йо.кр являются связнодисперсными, в них возникает пространственная структура. Если d≥do,кр, то такие порошки являются свободнодисперсными.

СВОЙСТВА ПОРОШКОВ

Характерными свойствами порошков являются способность к течению и распылению, флуидизация (переход в состояние, подобное жидкому) и гранулирование.

СПОСОБНОСТЬ К ТЕЧЕНИЮ И РАСПЫЛЕНИЮ

Порошки, так же как сплошные тела, способны течь под действием внешнего усилия, направленного тангенциально (по касательной) к поверхности.

Способность к течению или движению порошка на поверхности слоя наблюдается при пересыпании продуктов или при пневматическом транспортировании сыпучих продуктов. Такое движение лежит в основе переноса песка, почвы, снега ветром: песчаные и снежные бури, эрозия почв, В отличие от течения сплошных тел течение порошков заключается в отрыве слоя частиц от себе подобных или от поверхности и в перемещении отдельных частиц или их агрегатов при сохранении границы раздела между ними. Движение может осуществляться тремя способами: