表面活性劑在材料工程中的應(yīng)用

李新明+段家寶+李常勝

摘要：文章主要分析了工程中所要運(yùn)用到的粉體材料在處理過(guò)程添加表面活性劑使其產(chǎn)生了改性的作用，并對(duì)其在粉碎過(guò)程、機(jī)械合金化以及其他材料的運(yùn)用進(jìn)行分析，以對(duì)相關(guān)人士提供一點(diǎn)借鑒。

關(guān)鍵詞：粉體材料；表面活性劑；材料工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0029-02

表面活性劑在工程中被廣泛的使用是由于其具有比較特殊的性能，比如滲透性、抗靜電性、潤(rùn)濕性、增溶性等性能，人們?cè)谌粘５墓ぷ骱蜕钪幸材茈S處可見(jiàn)表面活性劑的運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各個(gè)行業(yè)對(duì)工程材料的要求日益提高，加上各項(xiàng)尖端技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用，市場(chǎng)對(duì)于高性能和高附加值材料的需求日益增大，工程材料也越來(lái)越受到人們的重視。在新技術(shù)、新工藝、新方法的創(chuàng)新和運(yùn)用中，表面活性劑被人們運(yùn)用到了工程材料中，并作為一種輔助的添加劑，對(duì)材料改性作用比較明顯，也備受人們的重視和使用。

1 表面活性劑在機(jī)械合金化中的運(yùn)用研究

機(jī)械合金化技術(shù)是目前材料工程中一門(mén)發(fā)展速度很快的領(lǐng)域，通過(guò)碾磨的方式將金屬元素形成粉末，將這些金屬粉末放在特定的機(jī)械設(shè)備中攪拌均勻，使其充分發(fā)生物理變化，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。金屬元素材料表面會(huì)產(chǎn)生一定的活性，這些活性一方面因物理變化形成，一方面因化學(xué)反應(yīng)形成。在對(duì)金屬元素進(jìn)行碾磨過(guò)程中應(yīng)加入相應(yīng)的催化劑以保證其合金化反應(yīng)順利完成，形成金屬化合物，通常情況下，這種金屬化合物會(huì)呈現(xiàn)非晶體狀態(tài)，并且不會(huì)應(yīng)周?chē)饨绛h(huán)境變化而產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。例如Mg-Al系列，該體系就是因?yàn)閮烧唛g的冷焊作用比較明顯，極大的阻礙了合金化，利用表面活性劑分子的性能和特點(diǎn)使兩者間的冷焊作用產(chǎn)生很大的抑制效果，從而確保了兩者的合金化。下圖就是等量的Al與Mg粉末混合經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)160小時(shí)碾磨，加入了一定量的烷基三甲基銨鹽型表面活性劑和未加入烷基三甲基銨鹽型表面活性劑碾磨粉料的X射線衍射圖：

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析可知，沒(méi)有加入烷基三甲基銨鹽時(shí)，金屬化合物的非晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其表面活性劑成分含量非常高，加入烷基三甲基銨后，金屬化合物非晶體結(jié)構(gòu)的表面活性劑會(huì)逐漸演變?yōu)轱柡凸倘荏w。

（a）未添加 （b）添加

圖1 表面活生劑對(duì)Al-Mg混合料球磨產(chǎn)物的影響

2 表面活性劑在粉碎粉體顆粒中的應(yīng)用分析

（a）未添加 （b）添加后

圖2 表面活生劑對(duì)水泥球磨過(guò)程的影響

目前的材料部門(mén)或工業(yè)部門(mén)對(duì)無(wú)機(jī)粉料進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)往往采用的手段是對(duì)無(wú)機(jī)粉料進(jìn)行球磨，然后得到粒度分布較窄或者是超細(xì)的粉末，粉碎本身也是一個(gè)可逆的過(guò)程，大顆粒粉碎為小顆粒，小顆粒也能聚結(jié)形成大顆粒，當(dāng)這兩個(gè)過(guò)程達(dá)到一個(gè)平衡時(shí)，即粉碎和聚結(jié)的速度達(dá)到平衡時(shí)，這時(shí)我們稱(chēng)為粉碎平衡，在粉碎的過(guò)程中，如何能夠促使粉碎的速度大于聚結(jié)的速度，或者采取措施抑制顆粒的聚結(jié)，能夠在一定程度上提高粉碎的效率與減少顆粒極限尺寸。如果在無(wú)機(jī)粉料中加入適量的表面活性劑，可以有效的避免顆粒聚結(jié)，也可以降低顆粒的表面自由能，從而使粉碎的效果提高，并且表面活性劑還具有中和磨球上所帶的靜電的作用，使顆粒的粘附現(xiàn)象減少，也能有效的避免顆粒聚結(jié)。下圖是硅酸鹽水泥在粉磨過(guò)程中加入了表面活性劑和未加入表面活性劑粉碎時(shí)間和比表面積間的曲線圖：

通過(guò)對(duì)上圖分析可知，在沒(méi)有加入活性劑時(shí)，金屬元素粉末在機(jī)械攪拌過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生巨大的結(jié)構(gòu)變化，其表面積會(huì)超過(guò)0.3m2/g，加入活性劑后，金屬元素粉末的結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)會(huì)被打破，表面積也會(huì)有所降低。由此可見(jiàn)，活性劑對(duì)金屬元素粉末結(jié)構(gòu)的影響很大。

3 表面活性劑在無(wú)機(jī)鹽粉料防結(jié)塊的應(yīng)用分析

目前有些采用化學(xué)法和電解法得到的無(wú)機(jī)鹽粉料，比如硝酸鈉的粉料，在存放期間，該類(lèi)無(wú)機(jī)鹽粉料往往都會(huì)產(chǎn)生結(jié)塊的現(xiàn)象，不利于使用。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外通常使用的防結(jié)手段就是采用表面活性劑，通過(guò)該手段取得了比較好的成果。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)基具有雙重的特點(diǎn)，一是親水基，二是疏水基，這雙重特點(diǎn)在水溶液中具有兩個(gè)基本的作用，一是膠團(tuán)化作用，二是降低與吸附表面張力作用。在無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶溶液中加入一定量的表面活性劑，在無(wú)機(jī)鹽晶核出現(xiàn)的時(shí)候表面活性劑就能吸附在固液界面上，從而在晶核上形成一層活性劑分子膜，從而防止無(wú)機(jī)鹽粉料進(jìn)一步的結(jié)塊，與此同時(shí)，活性劑能夠降低溶液表面張力，使得固液的接觸角降低，從而減弱顆粒粘結(jié)力，進(jìn)而減少結(jié)塊的現(xiàn)象。

4 表面活性劑在濕化學(xué)法制備精細(xì)陶瓷粉末中應(yīng)用分析

在陶瓷領(lǐng)域，陶瓷工作者或相關(guān)人士越來(lái)越關(guān)注如何采取有效的措施來(lái)控制微粉團(tuán)聚狀態(tài)，并且制出受控團(tuán)聚狀態(tài)的超細(xì)粉末，特別是利用濕化學(xué)制備出超精細(xì)的陶瓷粉末。在該領(lǐng)域中，用添加表面活性劑的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)微粉團(tuán)聚狀態(tài)進(jìn)行控制，從而改善顆粒分散就是目前一種效果很明顯的制作手段，它的控制原理主要是利用了它自身的靜電斥力和空間位障都很穩(wěn)定這個(gè)特性。在制備陶瓷粉末時(shí)，研究人員應(yīng)采用濕化學(xué)法制備方法，當(dāng)非離子大分子出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化時(shí)，其表面會(huì)出現(xiàn)多個(gè)沉淀顆粒，這些顆粒會(huì)殘留在非離子結(jié)構(gòu)中，形成保護(hù)膜，這些保護(hù)膜可以有效控制膠粒的侵蝕和靠近，并且還可以提高整個(gè)非離子分子之間的內(nèi)聚力，降低其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。采用濕化學(xué)制備方法可以精準(zhǔn)測(cè)量出氧化鋁粉末結(jié)構(gòu)表面活性劑的容量，并通過(guò)相應(yīng)的控制措施，有效改善其分子分散性，通過(guò)合成法，不僅可以提升氧化鋁的燒結(jié)效率，還可以提高制備合成效率，并有效控制氧化鋁粉末結(jié)構(gòu)表面活性劑容量，調(diào)整氣孔分布。

5 表面活性劑在無(wú)機(jī)粉料表面改性應(yīng)用分析

目前無(wú)機(jī)粉料表面改性是材料領(lǐng)域中最值得探討和關(guān)注的話(huà)題之一，這是由于無(wú)機(jī)粉料的比表面積較大，對(duì)無(wú)機(jī)粉料的表面進(jìn)行改性會(huì)直接改變粉料的性能，而性能的改變可以使無(wú)機(jī)粉料應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，這種改性試驗(yàn)對(duì)無(wú)機(jī)粉料結(jié)構(gòu)性能的提高具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，如在碳化硅中加入相應(yīng)的無(wú)機(jī)粉料，可以增加碳化硅粉末結(jié)構(gòu)上表面活性劑的含量，形成二氧化硅薄膜，和其他薄膜作用相同，這些薄膜可以輕松阻斷陽(yáng)光對(duì)碳化硅表面結(jié)構(gòu)的侵蝕。使得粉料具有遮斷可見(jiàn)光、紫外線及紅外線等作用，并且在水溶液中的分散性能也很高，該種粉料應(yīng)用在化妝品領(lǐng)域中可以取得很好的成果。

6 結(jié)語(yǔ)

在工程材料領(lǐng)域中，表面活性劑的運(yùn)用是比較廣泛的，這主要是由于表面活性劑的性能比較特殊，在機(jī)械合金化領(lǐng)域中可以極大的抑制冷焊的情況，對(duì)合金化的控制作用也比較明顯，還能夠充當(dāng)助磨劑，在無(wú)機(jī)粉料表面改性上的運(yùn)用也比較廣泛，再加上在無(wú)機(jī)鹽粉料防結(jié)中起到防結(jié)塊的作用，使得表面活性劑在工程材料領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，它的廣泛運(yùn)用對(duì)粉料或者粉料合成體的性能都具有積極的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉少友，唐文華，楊紅蕓，等.表面活性劑對(duì)鋁摻

雜二氧化鈦粉體材料微結(jié)構(gòu)與光催化性能的調(diào)控

[J].精細(xì)化工，2013，12（12）：1359-1365.

[2] 韓世巖.松香基雙子表面活性劑合成及納米材料制

備[D].東北林業(yè)大學(xué)，2012.

[3] 宋金梅，張玉秀，朱書(shū)全，等.表面活性劑在電池

材料中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2011，11（1）：

28-31.

[4] 王旗威，耿兵，張爐青，等.十二氟庚基磷酸單

酯氟碳表面活性劑的復(fù)配[J].精細(xì)化工，2011，10

（4）：347-349.

[5] 富潔琪，張建敏，馮夢(mèng)婷，等.高分子表面活性劑

的合成[J].廣州化工，2011，10（22）：33-36.

[6] 黃應(yīng)欽，程曉玲，白曉軍，等.石油降解菌和生物

表面活性劑在水體石油污染生物修復(fù)中的應(yīng)用及機(jī)

理研究[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，11

（23）：189-193.

作者簡(jiǎn)介：李新明（1992—），男，湖北人，大連理工大學(xué)學(xué)生。

摘要：文章主要分析了工程中所要運(yùn)用到的粉體材料在處理過(guò)程添加表面活性劑使其產(chǎn)生了改性的作用，并對(duì)其在粉碎過(guò)程、機(jī)械合金化以及其他材料的運(yùn)用進(jìn)行分析，以對(duì)相關(guān)人士提供一點(diǎn)借鑒。

關(guān)鍵詞：粉體材料；表面活性劑；材料工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0029-02

表面活性劑在工程中被廣泛的使用是由于其具有比較特殊的性能，比如滲透性、抗靜電性、潤(rùn)濕性、增溶性等性能，人們?cè)谌粘５墓ぷ骱蜕钪幸材茈S處可見(jiàn)表面活性劑的運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各個(gè)行業(yè)對(duì)工程材料的要求日益提高，加上各項(xiàng)尖端技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用，市場(chǎng)對(duì)于高性能和高附加值材料的需求日益增大，工程材料也越來(lái)越受到人們的重視。在新技術(shù)、新工藝、新方法的創(chuàng)新和運(yùn)用中，表面活性劑被人們運(yùn)用到了工程材料中，并作為一種輔助的添加劑，對(duì)材料改性作用比較明顯，也備受人們的重視和使用。

1 表面活性劑在機(jī)械合金化中的運(yùn)用研究

機(jī)械合金化技術(shù)是目前材料工程中一門(mén)發(fā)展速度很快的領(lǐng)域，通過(guò)碾磨的方式將金屬元素形成粉末，將這些金屬粉末放在特定的機(jī)械設(shè)備中攪拌均勻，使其充分發(fā)生物理變化，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。金屬元素材料表面會(huì)產(chǎn)生一定的活性，這些活性一方面因物理變化形成，一方面因化學(xué)反應(yīng)形成。在對(duì)金屬元素進(jìn)行碾磨過(guò)程中應(yīng)加入相應(yīng)的催化劑以保證其合金化反應(yīng)順利完成，形成金屬化合物，通常情況下，這種金屬化合物會(huì)呈現(xiàn)非晶體狀態(tài)，并且不會(huì)應(yīng)周?chē)饨绛h(huán)境變化而產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。例如Mg-Al系列，該體系就是因?yàn)閮烧唛g的冷焊作用比較明顯，極大的阻礙了合金化，利用表面活性劑分子的性能和特點(diǎn)使兩者間的冷焊作用產(chǎn)生很大的抑制效果，從而確保了兩者的合金化。下圖就是等量的Al與Mg粉末混合經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)160小時(shí)碾磨，加入了一定量的烷基三甲基銨鹽型表面活性劑和未加入烷基三甲基銨鹽型表面活性劑碾磨粉料的X射線衍射圖：

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析可知，沒(méi)有加入烷基三甲基銨鹽時(shí)，金屬化合物的非晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其表面活性劑成分含量非常高，加入烷基三甲基銨后，金屬化合物非晶體結(jié)構(gòu)的表面活性劑會(huì)逐漸演變?yōu)轱柡凸倘荏w。

（a）未添加 （b）添加

圖1 表面活生劑對(duì)Al-Mg混合料球磨產(chǎn)物的影響

2 表面活性劑在粉碎粉體顆粒中的應(yīng)用分析

（a）未添加 （b）添加后

圖2 表面活生劑對(duì)水泥球磨過(guò)程的影響

目前的材料部門(mén)或工業(yè)部門(mén)對(duì)無(wú)機(jī)粉料進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)往往采用的手段是對(duì)無(wú)機(jī)粉料進(jìn)行球磨，然后得到粒度分布較窄或者是超細(xì)的粉末，粉碎本身也是一個(gè)可逆的過(guò)程，大顆粒粉碎為小顆粒，小顆粒也能聚結(jié)形成大顆粒，當(dāng)這兩個(gè)過(guò)程達(dá)到一個(gè)平衡時(shí)，即粉碎和聚結(jié)的速度達(dá)到平衡時(shí)，這時(shí)我們稱(chēng)為粉碎平衡，在粉碎的過(guò)程中，如何能夠促使粉碎的速度大于聚結(jié)的速度，或者采取措施抑制顆粒的聚結(jié)，能夠在一定程度上提高粉碎的效率與減少顆粒極限尺寸。如果在無(wú)機(jī)粉料中加入適量的表面活性劑，可以有效的避免顆粒聚結(jié)，也可以降低顆粒的表面自由能，從而使粉碎的效果提高，并且表面活性劑還具有中和磨球上所帶的靜電的作用，使顆粒的粘附現(xiàn)象減少，也能有效的避免顆粒聚結(jié)。下圖是硅酸鹽水泥在粉磨過(guò)程中加入了表面活性劑和未加入表面活性劑粉碎時(shí)間和比表面積間的曲線圖：

通過(guò)對(duì)上圖分析可知，在沒(méi)有加入活性劑時(shí)，金屬元素粉末在機(jī)械攪拌過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生巨大的結(jié)構(gòu)變化，其表面積會(huì)超過(guò)0.3m2/g，加入活性劑后，金屬元素粉末的結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)會(huì)被打破，表面積也會(huì)有所降低。由此可見(jiàn)，活性劑對(duì)金屬元素粉末結(jié)構(gòu)的影響很大。

3 表面活性劑在無(wú)機(jī)鹽粉料防結(jié)塊的應(yīng)用分析

目前有些采用化學(xué)法和電解法得到的無(wú)機(jī)鹽粉料，比如硝酸鈉的粉料，在存放期間，該類(lèi)無(wú)機(jī)鹽粉料往往都會(huì)產(chǎn)生結(jié)塊的現(xiàn)象，不利于使用。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外通常使用的防結(jié)手段就是采用表面活性劑，通過(guò)該手段取得了比較好的成果。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)基具有雙重的特點(diǎn)，一是親水基，二是疏水基，這雙重特點(diǎn)在水溶液中具有兩個(gè)基本的作用，一是膠團(tuán)化作用，二是降低與吸附表面張力作用。在無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶溶液中加入一定量的表面活性劑，在無(wú)機(jī)鹽晶核出現(xiàn)的時(shí)候表面活性劑就能吸附在固液界面上，從而在晶核上形成一層活性劑分子膜，從而防止無(wú)機(jī)鹽粉料進(jìn)一步的結(jié)塊，與此同時(shí)，活性劑能夠降低溶液表面張力，使得固液的接觸角降低，從而減弱顆粒粘結(jié)力，進(jìn)而減少結(jié)塊的現(xiàn)象。

4 表面活性劑在濕化學(xué)法制備精細(xì)陶瓷粉末中應(yīng)用分析

在陶瓷領(lǐng)域，陶瓷工作者或相關(guān)人士越來(lái)越關(guān)注如何采取有效的措施來(lái)控制微粉團(tuán)聚狀態(tài)，并且制出受控團(tuán)聚狀態(tài)的超細(xì)粉末，特別是利用濕化學(xué)制備出超精細(xì)的陶瓷粉末。在該領(lǐng)域中，用添加表面活性劑的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)微粉團(tuán)聚狀態(tài)進(jìn)行控制，從而改善顆粒分散就是目前一種效果很明顯的制作手段，它的控制原理主要是利用了它自身的靜電斥力和空間位障都很穩(wěn)定這個(gè)特性。在制備陶瓷粉末時(shí)，研究人員應(yīng)采用濕化學(xué)法制備方法，當(dāng)非離子大分子出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化時(shí)，其表面會(huì)出現(xiàn)多個(gè)沉淀顆粒，這些顆粒會(huì)殘留在非離子結(jié)構(gòu)中，形成保護(hù)膜，這些保護(hù)膜可以有效控制膠粒的侵蝕和靠近，并且還可以提高整個(gè)非離子分子之間的內(nèi)聚力，降低其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。采用濕化學(xué)制備方法可以精準(zhǔn)測(cè)量出氧化鋁粉末結(jié)構(gòu)表面活性劑的容量，并通過(guò)相應(yīng)的控制措施，有效改善其分子分散性，通過(guò)合成法，不僅可以提升氧化鋁的燒結(jié)效率，還可以提高制備合成效率，并有效控制氧化鋁粉末結(jié)構(gòu)表面活性劑容量，調(diào)整氣孔分布。

5 表面活性劑在無(wú)機(jī)粉料表面改性應(yīng)用分析

目前無(wú)機(jī)粉料表面改性是材料領(lǐng)域中最值得探討和關(guān)注的話(huà)題之一，這是由于無(wú)機(jī)粉料的比表面積較大，對(duì)無(wú)機(jī)粉料的表面進(jìn)行改性會(huì)直接改變粉料的性能，而性能的改變可以使無(wú)機(jī)粉料應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，這種改性試驗(yàn)對(duì)無(wú)機(jī)粉料結(jié)構(gòu)性能的提高具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，如在碳化硅中加入相應(yīng)的無(wú)機(jī)粉料，可以增加碳化硅粉末結(jié)構(gòu)上表面活性劑的含量，形成二氧化硅薄膜，和其他薄膜作用相同，這些薄膜可以輕松阻斷陽(yáng)光對(duì)碳化硅表面結(jié)構(gòu)的侵蝕。使得粉料具有遮斷可見(jiàn)光、紫外線及紅外線等作用，并且在水溶液中的分散性能也很高，該種粉料應(yīng)用在化妝品領(lǐng)域中可以取得很好的成果。

6 結(jié)語(yǔ)

在工程材料領(lǐng)域中，表面活性劑的運(yùn)用是比較廣泛的，這主要是由于表面活性劑的性能比較特殊，在機(jī)械合金化領(lǐng)域中可以極大的抑制冷焊的情況，對(duì)合金化的控制作用也比較明顯，還能夠充當(dāng)助磨劑，在無(wú)機(jī)粉料表面改性上的運(yùn)用也比較廣泛，再加上在無(wú)機(jī)鹽粉料防結(jié)中起到防結(jié)塊的作用，使得表面活性劑在工程材料領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，它的廣泛運(yùn)用對(duì)粉料或者粉料合成體的性能都具有積極的影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉少友，唐文華，楊紅蕓，等.表面活性劑對(duì)鋁摻

雜二氧化鈦粉體材料微結(jié)構(gòu)與光催化性能的調(diào)控

[J].精細(xì)化工，2013，12（12）：1359-1365.

[2] 韓世巖.松香基雙子表面活性劑合成及納米材料制

備[D].東北林業(yè)大學(xué)，2012.

[3] 宋金梅，張玉秀，朱書(shū)全，等.表面活性劑在電池

材料中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2011，11（1）：

28-31.

[4] 王旗威，耿兵，張爐青，等.十二氟庚基磷酸單

酯氟碳表面活性劑的復(fù)配[J].精細(xì)化工，2011，10

（4）：347-349.

[5] 富潔琪，張建敏，馮夢(mèng)婷，等.高分子表面活性劑

的合成[J].廣州化工，2011，10（22）：33-36.

[6] 黃應(yīng)欽，程曉玲，白曉軍，等.石油降解菌和生物

表面活性劑在水體石油污染生物修復(fù)中的應(yīng)用及機(jī)

理研究[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，11

（23）：189-193.

作者簡(jiǎn)介：李新明（1992—），男，湖北人，大連理工大學(xué)學(xué)生。

摘要：文章主要分析了工程中所要運(yùn)用到的粉體材料在處理過(guò)程添加表面活性劑使其產(chǎn)生了改性的作用，并對(duì)其在粉碎過(guò)程、機(jī)械合金化以及其他材料的運(yùn)用進(jìn)行分析，以對(duì)相關(guān)人士提供一點(diǎn)借鑒。

關(guān)鍵詞：粉體材料；表面活性劑；材料工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0029-02

表面活性劑在工程中被廣泛的使用是由于其具有比較特殊的性能，比如滲透性、抗靜電性、潤(rùn)濕性、增溶性等性能，人們?cè)谌粘５墓ぷ骱蜕钪幸材茈S處可見(jiàn)表面活性劑的運(yùn)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和各個(gè)行業(yè)對(duì)工程材料的要求日益提高，加上各項(xiàng)尖端技術(shù)的產(chǎn)生和運(yùn)用，市場(chǎng)對(duì)于高性能和高附加值材料的需求日益增大，工程材料也越來(lái)越受到人們的重視。在新技術(shù)、新工藝、新方法的創(chuàng)新和運(yùn)用中，表面活性劑被人們運(yùn)用到了工程材料中，并作為一種輔助的添加劑，對(duì)材料改性作用比較明顯，也備受人們的重視和使用。

1 表面活性劑在機(jī)械合金化中的運(yùn)用研究

機(jī)械合金化技術(shù)是目前材料工程中一門(mén)發(fā)展速度很快的領(lǐng)域，通過(guò)碾磨的方式將金屬元素形成粉末，將這些金屬粉末放在特定的機(jī)械設(shè)備中攪拌均勻，使其充分發(fā)生物理變化，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。金屬元素材料表面會(huì)產(chǎn)生一定的活性，這些活性一方面因物理變化形成，一方面因化學(xué)反應(yīng)形成。在對(duì)金屬元素進(jìn)行碾磨過(guò)程中應(yīng)加入相應(yīng)的催化劑以保證其合金化反應(yīng)順利完成，形成金屬化合物，通常情況下，這種金屬化合物會(huì)呈現(xiàn)非晶體狀態(tài)，并且不會(huì)應(yīng)周?chē)饨绛h(huán)境變化而產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。例如Mg-Al系列，該體系就是因?yàn)閮烧唛g的冷焊作用比較明顯，極大的阻礙了合金化，利用表面活性劑分子的性能和特點(diǎn)使兩者間的冷焊作用產(chǎn)生很大的抑制效果，從而確保了兩者的合金化。下圖就是等量的Al與Mg粉末混合經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)達(dá)160小時(shí)碾磨，加入了一定量的烷基三甲基銨鹽型表面活性劑和未加入烷基三甲基銨鹽型表面活性劑碾磨粉料的X射線衍射圖：

通過(guò)對(duì)圖1進(jìn)行分析可知，沒(méi)有加入烷基三甲基銨鹽時(shí)，金屬化合物的非晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，其表面活性劑成分含量非常高，加入烷基三甲基銨后，金屬化合物非晶體結(jié)構(gòu)的表面活性劑會(huì)逐漸演變?yōu)轱柡凸倘荏w。

（a）未添加 （b）添加

圖1 表面活生劑對(duì)Al-Mg混合料球磨產(chǎn)物的影響

2 表面活性劑在粉碎粉體顆粒中的應(yīng)用分析

（a）未添加 （b）添加后

圖2 表面活生劑對(duì)水泥球磨過(guò)程的影響

目前的材料部門(mén)或工業(yè)部門(mén)對(duì)無(wú)機(jī)粉料進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)往往采用的手段是對(duì)無(wú)機(jī)粉料進(jìn)行球磨，然后得到粒度分布較窄或者是超細(xì)的粉末，粉碎本身也是一個(gè)可逆的過(guò)程，大顆粒粉碎為小顆粒，小顆粒也能聚結(jié)形成大顆粒，當(dāng)這兩個(gè)過(guò)程達(dá)到一個(gè)平衡時(shí)，即粉碎和聚結(jié)的速度達(dá)到平衡時(shí)，這時(shí)我們稱(chēng)為粉碎平衡，在粉碎的過(guò)程中，如何能夠促使粉碎的速度大于聚結(jié)的速度，或者采取措施抑制顆粒的聚結(jié)，能夠在一定程度上提高粉碎的效率與減少顆粒極限尺寸。如果在無(wú)機(jī)粉料中加入適量的表面活性劑，可以有效的避免顆粒聚結(jié)，也可以降低顆粒的表面自由能，從而使粉碎的效果提高，并且表面活性劑還具有中和磨球上所帶的靜電的作用，使顆粒的粘附現(xiàn)象減少，也能有效的避免顆粒聚結(jié)。下圖是硅酸鹽水泥在粉磨過(guò)程中加入了表面活性劑和未加入表面活性劑粉碎時(shí)間和比表面積間的曲線圖：

通過(guò)對(duì)上圖分析可知，在沒(méi)有加入活性劑時(shí)，金屬元素粉末在機(jī)械攪拌過(guò)程中并不會(huì)發(fā)生巨大的結(jié)構(gòu)變化，其表面積會(huì)超過(guò)0.3m2/g，加入活性劑后，金屬元素粉末的結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)會(huì)被打破，表面積也會(huì)有所降低。由此可見(jiàn)，活性劑對(duì)金屬元素粉末結(jié)構(gòu)的影響很大。

3 表面活性劑在無(wú)機(jī)鹽粉料防結(jié)塊的應(yīng)用分析

目前有些采用化學(xué)法和電解法得到的無(wú)機(jī)鹽粉料，比如硝酸鈉的粉料，在存放期間，該類(lèi)無(wú)機(jī)鹽粉料往往都會(huì)產(chǎn)生結(jié)塊的現(xiàn)象，不利于使用。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外通常使用的防結(jié)手段就是采用表面活性劑，通過(guò)該手段取得了比較好的成果。表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)基具有雙重的特點(diǎn)，一是親水基，二是疏水基，這雙重特點(diǎn)在水溶液中具有兩個(gè)基本的作用，一是膠團(tuán)化作用，二是降低與吸附表面張力作用。在無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶溶液中加入一定量的表面活性劑，在無(wú)機(jī)鹽晶核出現(xiàn)的時(shí)候表面活性劑就能吸附在固液界面上，從而在晶核上形成一層活性劑分子膜，從而防止無(wú)機(jī)鹽粉料進(jìn)一步的結(jié)塊，與此同時(shí)，活性劑能夠降低溶液表面張力，使得固液的接觸角降低，從而減弱顆粒粘結(jié)力，進(jìn)而減少結(jié)塊的現(xiàn)象。

4 表面活性劑在濕化學(xué)法制備精細(xì)陶瓷粉末中應(yīng)用分析

在陶瓷領(lǐng)域，陶瓷工作者或相關(guān)人士越來(lái)越關(guān)注如何采取有效的措施來(lái)控制微粉團(tuán)聚狀態(tài)，并且制出受控團(tuán)聚狀態(tài)的超細(xì)粉末，特別是利用濕化學(xué)制備出超精細(xì)的陶瓷粉末。在該領(lǐng)域中，用添加表面活性劑的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)微粉團(tuán)聚狀態(tài)進(jìn)行控制，從而改善顆粒分散就是目前一種效果很明顯的制作手段，它的控制原理主要是利用了它自身的靜電斥力和空間位障都很穩(wěn)定這個(gè)特性。在制備陶瓷粉末時(shí)，研究人員應(yīng)采用濕化學(xué)法制備方法，當(dāng)非離子大分子出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化時(shí)，其表面會(huì)出現(xiàn)多個(gè)沉淀顆粒，這些顆粒會(huì)殘留在非離子結(jié)構(gòu)中，形成保護(hù)膜，這些保護(hù)膜可以有效控制膠粒的侵蝕和靠近，并且還可以提高整個(gè)非離子分子之間的內(nèi)聚力，降低其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。采用濕化學(xué)制備方法可以精準(zhǔn)測(cè)量出氧化鋁粉末結(jié)構(gòu)表面活性劑的容量，并通過(guò)相應(yīng)的控制措施，有效改善其分子分散性，通過(guò)合成法，不僅可以提升氧化鋁的燒結(jié)效率，還可以提高制備合成效率，并有效控制氧化鋁粉末結(jié)構(gòu)表面活性劑容量，調(diào)整氣孔分布。

5 表面活性劑在無(wú)機(jī)粉料表面改性應(yīng)用分析

目前無(wú)機(jī)粉料表面改性是材料領(lǐng)域中最值得探討和關(guān)注的話(huà)題之一，這是由于無(wú)機(jī)粉料的比表面積較大，對(duì)無(wú)機(jī)粉料的表面進(jìn)行改性會(huì)直接改變粉料的性能，而性能的改變可以使無(wú)機(jī)粉料應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，這種改性試驗(yàn)對(duì)無(wú)機(jī)粉料結(jié)構(gòu)性能的提高具有很強(qiáng)的促進(jìn)作用，如在碳化硅中加入相應(yīng)的無(wú)機(jī)粉料，可以增加碳化硅粉末結(jié)構(gòu)上表面活性劑的含量，形成二氧化硅薄膜，和其他薄膜作用相同，這些薄膜可以輕松阻斷陽(yáng)光對(duì)碳化硅表面結(jié)構(gòu)的侵蝕。使得粉料具有遮斷可見(jiàn)光、紫外線及紅外線等作用，并且在水溶液中的分散性能也很高，該種粉料應(yīng)用在化妝品領(lǐng)域中可以取得很好的成果。

6 結(jié)語(yǔ)

在工程材料領(lǐng)域中，表面活性劑的運(yùn)用是比較廣泛的，這主要是由于表面活性劑的性能比較特殊，在機(jī)械合金化領(lǐng)域中可以極大的抑制冷焊的情況，對(duì)合金化的控制作用也比較明顯，還能夠充當(dāng)助磨劑，在無(wú)機(jī)粉料表面改性上的運(yùn)用也比較廣泛，再加上在無(wú)機(jī)鹽粉料防結(jié)中起到防結(jié)塊的作用，使得表面活性劑在工程材料領(lǐng)域中具有舉足輕重的地位，它的廣泛運(yùn)用對(duì)粉料或者粉料合成體的性能都具有積極的影響。

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作者簡(jiǎn)介：李新明（1992—），男，湖北人，大連理工大學(xué)學(xué)生。