颗粒的概念

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一）颗粒的概念
   颗粒的大小主要用其在空间范围所占据的线性尺寸来表示，球形颗粒的直径我们通常叫粒径，现在我们都习惯用球形颗粒的直径来表示大多数不规则颗粒的直径。
  （1）  粒径的定义
     化工计算中粒径的定义很复杂，现在我们实际运用主要以粒径分布来衡量粉体的大小。
现在测量颗粒粒径大小的方法主要有筛分法，激光法等。
     筛分法用于粒度分布的测量有很长时间了，筛分机分为电磁振动和音波振动两种.现在我们在实际使用中，粒径大小一般采用筛网上的目数来表示，即目数是指1英寸长度上孔眼的数目。例如：在1英寸（25.41mm）距离内的经线（或：纬线）有800条（分别用800条经线和800条纬线编制成1平方英寸的网，有640000个网孔），就是800目。
  （2）  颗粒的形状
颗粒的形状是指一个颗粒的轮廓或表面上各点所构成的图像，由于颗粒的形状千差万别，所以对颗粒的许多性质都有影响，特别是超细粉体的形状。例如比表面积，分散性，吸油率，表面的化学活性等。现在我们所使用的粉体形状大致有球状，片状，粒状，针状，棒状等，在使用过程中大多数技术人员主要考虑粉体的吸油量，密度，分散性以及比表面积等指标，实际上粉体的堆积密度也是我们要着重考虑的问题之一，因为粉体的物理密度和目数不一样，所形成的堆积密度也不一样。
（3）细度：
有两种表示方法,目数和粒径.目数是指1英寸长度上孔眼的数目.对应关系如下:
         目数     粒径(微米)     目数      粒径       目数       粒径      
5 3900           140        104        900        15
10 2000           150        88         1100       13
16 1190           170       (89)        1300       11   
20 840            180        77         1600       10
25 710            200        74         1800       8
30 590            230        61         2000       6.5                          
35      500            250       (60)        2500       5.5
    40      420            270        53         3000       5
          45      350            300       (45)        3500       4.5
          50      297            325        44         4000       3.4
          60      250            350        42         5000       2.7
70      261            400        38         6000       2.5
          80      178            460        30         7000       1.25  
          90      170            540        26      
          100     150            650        21
          120     125            800        19   

二) 粉体的遮盖力:   
（1） 遮盖力
是指当涂料在一件物体表面涂装时，涂料中的颜料能遮盖住被涂物表面底色的能力，使被涂物的底色不能再通过涂料而显露出来。
     遮盖力的表示方法是指每平方厘米被涂物的表面积，在达到完全遮盖时，需用涂料的最低用量。即：
                       颜料的质量(g)
                    遮盖力===------------------
                              被涂物的面积(CM2)   
（2） 常见颜料的相对遮盖力：
        金红石钛白     100          锐钛      78       硫酸锌     38  
立德粉         18          氧化锌    14      三氧化二锑   14   
碳酸铝         10  
   
三) 粉体的折射率.
（1） 绝对折射率
是指光从真空射入介质发生折射时，入射角i与折射角r的正弦之比n叫做介质的“绝对折射率”，简称“折射率”。也就是光从一个角度进去从另一个角度出来时，产生的光的折射。因为光具有这种折射的性质，所以在任何一个介质中都会产生一种折射，而介质不一样，产生折射的角度是不一样的，也就是折射率不一样，我们也就是引用光的这种折射原理，做成各种各样遮盖力不同的涂料。
  （2）  涂料中粉体的折射率
我们在生产涂料时，采用不同的粉体会产生不同的遮盖力，而涂料的遮盖力是各种粉体和介质（即水和树脂）的折射率的一种组合，当粉料和介质之间折射率之差变大时，涂料的遮盖力就强，反之遮盖就差，当两者的折射率相同时，涂膜即呈现透明状。
下面是各种物质的折射率：
  金红石         2.71        锐钛          2.55       硫化锌     2.37     
氧化锌         2.02        立德粉        1.84       硅酸镁     1.65   
陶土(白土)     1.65     重晶石(硫酸钡)     1.64       碳酸钙    1.63   
二氧化硅    1.41-1.49       硅藻土        1.45        滑石      1.49         
水            1.33         空气         1.00        树脂      1.55   
云母         1.58         
      粉体的遮盖力主要决定于它的折射率的大小,一般成膜物质的折射率是1.5左右,粉料的折射率越高遮盖力越好,折射率在1.7以下的我们通常叫填料(或体质颜料).它有利于遮盖力的提高,当加量多时,涂膜里面填料粒子周围可能形成极细小的空气空隙,从而提高遮盖力.如:轻质碳酸钙浆料湿的遮盖力很差(因碳酸钙的折射率是1.58,水的折射率是1.33,它们相差不大),但干以后,在轻质碳酸钙周围有水变为空气,折射率之差变大(碳酸钙的折射率是1.58,水的折射率是1.0),所以遮盖力提高.又如:当成膜物质含量大时,湿的遮盖力比干的遮盖力好,因湿的时候粉料周围是水,干了以后粉料周围由水变成了树脂,折射率由1.33变到1.5,粉料与树脂的折射率之差变小了,所以遮盖力变差了.这就是我们采用轻钙以后涂膜干遮盖变好的原因。因此，我们在做涂料的同时，一定要知道粉体的一些基本性质。
四）粉体的密度
（1） 粉体的物理密度和堆积密度
     通常我们在使用各种粉体的时候，一般都要考虑粉体的密度，实际上粉体的物理密度在使用中不是很重要，一般不予考虑。而粉体的堆积密度在粉体的使用中占有很重要的位置，大家一定要了解，因为各种粉体的堆积密度不一样，涂膜的吸水率和比表面积不一样，涂膜由此而产生的空隙率也不一样，直接影响到涂料的使用性能。测定堆积密度时用堆积密度测定仪来测试。
     粉体的堆积密度主要因粉体的粒径大小或目数不一样而不同，堆积密度又可分为松散堆积密度和振实堆积密度。振实堆积密度包括颗粒内外孔及颗粒间空隙的经振实的颗粒堆积体的平均密度。我们在实际应用中，虽然涂膜没有经过设备振实，但在生产中经过搅拌机的高速搅拌和各种助剂的使用，涂膜干燥后密实度应该还可以，所以最好以振实密度来计算。
（2） 下面是堆积密度的大致计算方法：
      堆积密度是指粉料在自然堆积状态下，所具有的质量。
      密度ρ=质量M/体积V
      体积V=真实体积V1+（空隙V2+空气V3）
从上述可以看出粉体除了真实物理密度外，因为空气和粉体间空隙率的原因，形成了具有一定结构孔隙度的堆积密度。粉体越细粉体间空隙率越大，形成的粉体体积越大，所以其堆积密度越小。
（3） 堆积密度的大小和涂膜遮盖的关系：
当涂料中所用粉体的堆积密度越小，所用粉体的体积越大，因粉体间水分挥发后形成的涂膜孔隙率越大，所以涂膜干遮盖越强。同时，粉体的体积大，吸油量也越高，对涂膜的耐候性和耐擦洗等等一切性能也有影响。
所以综合粉体的各种性能，合理运用各种粉体的特点，才能很好地降低涂料生产成本，提高涂料的应用性能。


五) 粉体的等电点
涂料技术是一个很复杂的掺和有物理化学等学科的专业技术，涂料生产中涉及到很多的物理化学学科的专业知识，粉体等电点的运用就是这一学科的典型体现。在一些专业技术书籍中，已经很专业地介绍了粉体在分散过程中的一些理论知识，但没有很系统地叙述分散性的好坏与粉体等电点的关系。
一般情况下，在与水或水溶液接触的绝大多数固体表面上会产生某种电荷，这些电荷量有大有小，但这些电荷几乎总是存在。电荷一般情况会在粉体表面呈现出一种定向的分布，电荷在粉体的剪切面（或垂直于粉体表面的面）上的分布，我们称之为ξ-电位。粉体表面因为电荷的存在，会显示出各种性质，所以当体系中PH值的变化就会直接影响到粉体表面电荷的性质。在实际应用中，分散剂的分散原理也就是基于粉体表面离子电荷的排斥。
(1)  物质表面的等电点：
物质表面电荷的性质在很多情况下和体系中的PH值有关系，当体系在某一个PH值时，粉体表面的电荷即ξ-电位为零，我们称之这时的PH值为粉体的等电点。也就是说，当粉体处于等电点时，表面电荷为零。各种粉体的表面结构和粉体的种类决定着这种粉体的等电点。例如：二氧化钛在经过表面处理时，表面的SiO2 涂层会降低二氧化钛的等电点；而处于A2O3包膜的涂层就会增加二氧化钛的等电点。
粉体颗粒上的表面电荷是由吸附于颗粒表面的一些物质的官能团的离解或从周围液态介质中吸附一些反离子所致。粉体颗粒上产生表面电荷后，在其周围介质里面就会吸附一些反号离子形成电化学双电层结构，在一些高介电常数的液体（如水）中，双电层结构可以形成很稳定的体系。
(2)  一些粉体表面的等电点：
TiO2 (金红石型钛白)             4.7      TiO2 (锐钛)                6.2
Sb2O (五氧化二锑)               0.3      SiO2 （石英）              2.2
Al2O3•2SiO2•（OH）4 （高岭土）  4.8      Fe2O3（氧化铁）            5.2      
Cr2O3 （铬绿）                   7.0      SnO 2（锡石）             4.5
CaCO3（方解石）                 9.5      BaSO4（硫酸钡）            6.7
SiO2 （硅胶）                   1.8       Ai（OH）3（水合氧化铝）   5.0
ZnO (氧化锌)                    9.0       Al2O3（刚玉）             9.0
      MgO（氧化镁）                   12.0              
六) 粉体的吸油量
吸油量通常以100g颜料所需亚麻油的质量表示.(%或g/100g).即指每100g颜料，在达到完全润湿时需要用油的最低用量。
                    OA =  亚麻油量/100g颜料
影响粉体吸油量的因素很多，如其结构的密实性.同时还与其表面形态,细度等有关.颜料的粒子越细，表面积越大，分布越窄，吸油量越高。圆柱型的比针状吸油量高，而针状粒子的吸油量比球状粒子要高,因它们之间的空隙率较大.另外，吸油量还和粉体的比重有很大的关系，比重越大的粉体，一般吸油量越低。
(1) 吸油量的测定方式：
    在100g的颜料中，把亚麻油一滴滴加入，并随时用刮刀混合，刚开始加入油时，颜料仍处在松散状态，随着亚麻油的连续加入，最后可使全部颜料粘结在一起成球形，若继续再加油，体系就会变稀，此时所用的亚麻油量即为这种颜料的吸油量。
吸油量在实际运用中，主要是估计粉体对树脂的吸附量的多少，即涂料中颜料和树脂的体积浓度（PVC）,所以粉体吸油量的大小对涂膜的性能影响较大,同时对涂料的生产时的黏度影响也较大.在涂膜干燥过程中，树脂不仅要完全包覆在粉料表面,还要填充在粒子间的空隙,当粉体吸油量大的时候，就需要更多的树脂来完成这些功能，所以粉体的吸油量是影响涂膜很重要的一个因素。
（2） 各种粉体的吸油量：
  粉料名称           化学组成           密度(g/cm3)        吸油量(%)
  金红石钛白         SiO2                4.2               16-21
  锐钛钛白           SiO2                3.84               22-26
  氧化锌             ZnO                 5.6               18-20
  立德粉            ZnS•BaSO4          4.1-4.3            11-14
重晶石粉            BaSO4               4.47             6-12      
沉淀硫酸钡          BaSO4                  4.35             10-15     
重体碳酸钙          CaCO3             2.71-2.9            13-21     
轻体碳酸钙          CaCO3             2.71-2.9            30-60   
滑石粉         3MgO•4SiO2•H2O           2.85            22-57      
高岭土（天然） A2O3•2SiO2•2H2O         2.58-2.62          50-60
瓷土（煅烧）                            2.5-2.63           27-48
    云母粉         K2O•3A2O3•6SiO2•2H2O     2.76-3           65-72  
白碳黑                SiO2               2.0-2.2          100-300  
硅灰石               CaSiO3              2.75-3.1         18-30