Activité de surface

Le terme « activité de surface » décrit la capacité d'une surface à interagir avec son environnement. Dans la technologie des particules, cela se réfère principalement au comportement des particules à leurs interfaces. À mesure que la taille des particules diminue, la proportion d'atomes à la surface augmente considérablement, de sorte que les effets de surface dominent de plus en plus par rapport aux effets de volume.

Dans le cas des poudres sèches, l'activité de surface est principalement déterminée par des forces physiques. Les interactions intermoléculaires et atomiques, en particulier les forces de Van der Waals, jouent un rôle central. Celles-ci ont toujours un effet attractif et sont dues à des dipôles fluctuants. Leur importance augmente considérablement à mesure que le rayon des particules diminue.

Lorsque le rayon diminue, le rapport entre la force d'adhérence et la force de gravité augmente. C'est pourquoi les poudres fines ont tendance à se cohésionner. Elles s'écoulent mal, forment des agglomérats et adhèrent aux surfaces des appareils. Outre les forces de Van der Waals, des forces électrostatiques agissent également. Elles sont générées par la séparation des charges lors du mélange, du frottement ou du transport pneumatique. Des charges superficielles élevées peuvent notamment apparaître avec les poudres sèches et isolantes. Ces forces peuvent avoir un effet d'attraction ou de répulsion. Elles influencent la ségrégation, les risques d'explosion de poussière et l'adhérence.

L'activité chimique de surface joue un rôle en électrochimie et dans les solides réactifs. Les groupes fonctionnels réactifs à la surface des particules peuvent réagir avec des gaz ou d'autres solides. L'oxydation, l'hydrolyse ou l'adsorption d'humidité et de molécules de gaz en sont des exemples. De tels effets modifient l'énergie de surface et donc le comportement d'écoulement.

L'activité optique de surface est également pertinente pour les poudres. Elle décrit l'interaction avec le rayonnement électromagnétique. Les propriétés d'émission et d'absorption dépendent de la rugosité de surface, de la couleur et de la composition chimique. Cela influence l'absorption de chaleur, le rayonnement infrarouge et le comportement de chauffage dans les processus de séchage ou de réaction.

Dans le cas des poudres humides, le spectre des forces de surface s'élargit. En plus des interactions sèches, des forces capillaires apparaissent. Des ponts liquides se forment entre les particules. Ces ponts génèrent de fortes forces d'attraction et favorisent l'agglomération.

Les poudres humides présentent donc souvent un comportement fortement cohésif. L'activité superficielle augmente de manière exponentielle. L'agglomération, la formation de boulettes et l'adhérence aux parois en sont les conséquences typiques. En génie des procédés, cet effet est utilisé de manière ciblée, par exemple dans la granulation.

Dans le cas des poudres humides et des suspensions, le comportement est déterminé par les interfaces entre les solides et les liquides. Les interactions électrostatiques jouent ici un rôle prépondérant. Les surfaces des particules sont souvent chargées. Une double couche électrique se forme autour de chaque particule.

L'interaction entre les forces d'attraction de Van der Waals et les forces de répulsion électrostatiques est décrite par la théorie DLVO. Le potentiel d'interaction qui en résulte détermine la stabilité ou l'agglomération de la suspension.

La répulsion électrostatique dépend du potentiel zêta. Des valeurs élevées du potentiel zêta conduisent à des suspensions stables. Des valeurs faibles favorisent la floculation et la sédimentation.