1、漿料穩(wěn)定性理論

大部分的漿料都是屬于懸浮液體系。不穩(wěn)定的懸浮液在靜止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生絮凝，并由于重力作用而很快分層，分散的目的就是要在產(chǎn)品的有效期內(nèi)抗絮凝、防止分層，維持懸浮顆粒的均勻分布，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

(1)懸浮液的絮凝理論

絮凝作用即是在靜態(tài)(由于布朗運(yùn)動(dòng))或動(dòng)態(tài)(在剪切力作用下條件下，通過顆粒碰撞引起顆粒數(shù)目減少的過程。膠體系統(tǒng)中，如不考慮穩(wěn)定劑，顆粒間的相互作用主要有范德華(VanderWaals)引力;伴隨著帶電顆粒的庫侖(Coulombic)力(斥力或引力)。這些力的起因截然不同，Derjaguin和Landau在蘇聯(lián)，Verwey和Overbeek在荷蘭分別獨(dú)立的提出DLVO理論，構(gòu)成了親液分散體系中絮凝作用經(jīng)典理論的基礎(chǔ)，闡述了膠體懸浮體系的穩(wěn)定性主要與膠體顆粒間上述兩個(gè)獨(dú)立的相互作用的相對(duì)距離有關(guān)。

(2)懸浮液的分層理論

分層是分散相在外力(重力或離心力)作用下，在連續(xù)相中上浮或下沉的結(jié)果。在忽略布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)的靜態(tài)條件下，可用Stokes定律來描述，即分散相球形顆粒由于重力的沉降速度u0由下式確定：

式中ρs-ρ為分散相與連續(xù)相的密度差，g為重力加速度，d為分散相顆粒直徑，μ為連續(xù)相的粘度。如果分散相顆粒的密度比連續(xù)相密度大，顆粒下沉，速度uo為正值，反之，顆粒上浮，速度為負(fù)值。沉降速度大，漿料就容易分層。如果要保持體系穩(wěn)定，就必須降低沉降速度，對(duì)于特定的漿料可以通過減小分散相固體顆粒直徑d。因?yàn)橹挥挟?dāng)粒徑減至連續(xù)相液體分子大小時(shí)，顆粒才能穩(wěn)定、均勻地分散在液體中不發(fā)生分離。

通過以上的分析我們可以看出，要提高懸浮液的穩(wěn)定性，分散相顆粒的粒徑應(yīng)盡量細(xì)小。但應(yīng)該指出，根據(jù)前人所做的大量研究發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒粒度的減小，雖然顆粒由重力引起的分離作用變?yōu)榇我囊蛩兀怯捎陬w粒之間的間距減小，顆粒之間的結(jié)合力(范德華力等)起到了重要決定性作用。另外，當(dāng)顆粒直徑小于某一細(xì)小尺寸時(shí)，此時(shí)，顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)效應(yīng)就不能忽略了，所以由于細(xì)小顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)，而使得顆粒之間產(chǎn)生激烈地碰撞。若不加穩(wěn)定劑，這些情況都會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，對(duì)體系的穩(wěn)定是不利的。所以漿料的分散中，顆粒粒徑并非越細(xì)越好，要視漿料的特性而定。分散就是要根據(jù)物料的特性與特點(diǎn)，減小分散相顆粒的粒度，使其分布于一個(gè)較窄的尺寸范圍，并達(dá)到吸力與斥力的相互平衡，從而保證漿料體系的穩(wěn)定。

2、團(tuán)聚與分散的關(guān)系

漿料的團(tuán)聚是指原生的微細(xì)顆粒在制備、分散及存放過程中，相互連接、由多個(gè)顆粒形成較大的顆粒團(tuán)簇的現(xiàn)象。

顆粒在液相介質(zhì)中表現(xiàn)為分散和團(tuán)聚兩種基本的行為。顆粒在液體介質(zhì)中的團(tuán)聚是吸附與排斥共同作用的結(jié)果，其根源是顆粒間的相互作用力。在懸濁液體系中，粉體顆粒的團(tuán)聚是吸附和排斥共同作用的結(jié)果。如果吸附作用大于排斥作用，粉體顆粒團(tuán)聚;如果吸附作用小于排斥作用，粉體顆粒則分散。在液體介質(zhì)中，粉體顆粒受力情況較復(fù)雜，不僅有像范德華力、靜電力、表面張力、毛細(xì)管力等產(chǎn)生團(tuán)聚的吸引力，而且在粒子的表面，還會(huì)產(chǎn)生雙電層靜電作用、溶劑化膜作用、聚合物吸附層的空間保護(hù)作用等使納米顆粒趨向于分散的斥力作用。

顆粒在介質(zhì)中的穩(wěn)定分散一般包括以下過程：潤濕、機(jī)械分散及分散穩(wěn)定。潤濕通常指顆粒與顆粒之間的界面被顆粒與溶劑、分散劑等界面所取代的過程。機(jī)械分散是利用剪切力將大量顆粒細(xì)化、使團(tuán)聚體解聚、被潤濕、包裹吸附的過程。分散穩(wěn)定是指將原生粒子或較小的團(tuán)聚體在靜電斥力、空間位阻斥力作用下來屏蔽范德華引力,使顆粒不再聚集的過程。團(tuán)聚體分散解聚的直接原因是受到剪切力和壓力的作用，剪切力在分散過程中起到了決定性的作用。

3、團(tuán)聚體變形與破裂

在研究流動(dòng)性質(zhì)隨時(shí)間和應(yīng)力的變化時(shí)，一般要考察顆粒的結(jié)合與破裂。研究發(fā)現(xiàn)，無論是顆粒的結(jié)合所必須得碰撞，還是多顆粒團(tuán)的破壞，都與顆粒大小有緊密的函數(shù)關(guān)系，也就是說，顆粒大小是影響流變和穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素。

在層流狀態(tài)下，流體中的物料團(tuán)聚體受層流剪切力作用。不考慮團(tuán)聚體的重力作用，物料團(tuán)聚體受剪切力t的作用與表面張力的作用。剪切作用的切向分力的作用效果是使團(tuán)聚體發(fā)生旋轉(zhuǎn)的主要原因，而法向分力和表面張力則在團(tuán)聚體的內(nèi)部分別產(chǎn)生壓差，這兩種壓差綜合作用的結(jié)果就是使團(tuán)聚體的內(nèi)部產(chǎn)生變形，在其原有裂紋的區(qū)域上就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，并最終導(dǎo)致團(tuán)聚體的破碎與分散，分解成更小尺寸級(jí)別的顆粒。

在湍流狀態(tài)下，流場(chǎng)的變化非常迅速，且存在著固體分散相與液體連續(xù)相之間的相互作用，例如由于固體相對(duì)液體相湍流具有的阻尼作用，使其脈動(dòng)強(qiáng)度降低，流場(chǎng)中流動(dòng)情況相當(dāng)復(fù)雜。所以為了簡(jiǎn)化起見，在假定湍流是均勻的，并且是各向同性的基礎(chǔ)上，認(rèn)為液滴的破裂由湍流的脈動(dòng)效應(yīng)所引起的。在這種情況下，液滴受到的粘性剪切應(yīng)力可忽略，若兩相粘度和密度相差比較小，則在液滴表面將會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)將會(huì)使其形狀相對(duì)于平衡的球形而發(fā)生變化，當(dāng)變化的程度足夠大時(shí)，液滴就會(huì)不穩(wěn)定，破裂成兩個(gè)或更多的小液滴，條件是液滴振動(dòng)的動(dòng)能足以提供破裂后所增加的表面能。