Механическое диспергирование

Эти методы основаны на механических способах преодоления межмолекуляр­ных сил. Накопление свободной энергии в процессе диспергирования происходит за счет внешней механической работы, переходящей в свободную поверхностную энергию.

Диспергированием называют измельчение твердых или жидких тел. При этом очень сильно увеличивается дисперсность и образуется дисперсная система, обладающая развитой удельной поверхностью.

Диспергирование может происходить в результате процесса раздавливания, истирания, дробления. К диспергирующим устройствам относятся шаровые мельницы, стержневые мельницы, вальцы, краскотерки, коллоидные мельницы. При сухом помоле обычно получают частицы размером приблизительно 60 мкм. При мокром помоле получают частицы, по размеру близкие к коллоидным. Наибольшую степень диспергирования можно получить в коллоидных мельни­цах. В обычных шаровых мельницах создается ускорение , в мельницах-активаторах до .

Диспергированию подвергается громадное количество различных материа­лов. Подсчитали, что ~ всей производимой в мире энергии расходуется на образование новой поверхности. Примерами диспергирования могут служить измельчение цемента, зерна, пигментов в мельницах с образованием сыпучего порошка или суспензии при размельчении в жидкой среде; образование эмуль­сий, а также пены при продувании газа через столб жидкости. Иногда процессы диспергирования являются нежелательными (например, природные процессы эрозии, выветривания, хрупкий износ при трении).

При диспергировании можно установить взаимосвязи поверхностных и объемных свойств. Под действием внешних сил конденсированное вещество сначала претерпевает объемное деформирование (упругое и пластическое) и только после этого при определенном усилии оно разрушается с образованием новой поверхности. Таким образом, работу, необходимую для диспергирования, можно разделять на две части. Одна часть работы расходуется на объемное де­формирование тела:

(7.2)

где - коэффициент пропорциональности, равный работе объемного деформирования еди­ницы объема конденсированного тела; - объем тела.

Другая часть работы расходуется на образование новой поверхности:

(7.3)

Полная работа, затрачиваемая на диспергирование, выражается уравнением Ребиндера:

(7.4)

Так как объемное деформирование пропорционально объему тела, а , и изменение по­верхности пропорционально его начальной поверхности, а , то

(7.5)

где и - коэффициенты пропорциональности.

При изучении процесса диспергирования установлено, что в частице при деформации развиваются микротрещины на основе дефектов кристаллической решетки. Среди этих микротрещин имеются и такие, широкие части которых выходят на поверхность тела, а тупики остаются внутри тела. Поверхностные микротрещины являются основной причиной понижения механической проч­ности реальных твердых тел по сравнению с их теоретической прочностью.