表面活性

表面活性という用語は、表面がその周囲と相互作用する能力を表します。粒子技術では、これは主に、粒子とその界面での挙動を指します。粒子サイズが小さくなるにつれて、表面上の原子の割合が大幅に増加するため、体積効果よりも表面効果がますます支配的になります。

乾燥粉末の場合、表面活性は主に物理的な力によって決定されます。分子間および原子間の相互作用、特にファンデルワールス力が重要な役割を果たします。これらは常に引力を及ぼし、変動する双極子に起因します。その重要性は、粒子半径が小さくなるほど明らかに高まります。

半径が小さくなるほど、付着力と重量力の比率が高くなります。そのため、微細な粉末は凝集する傾向があります。流動性が悪く、凝集塊を形成し、装置の表面に付着します。ファンデルワールス力に加えて、静電力も作用します。静電力は、混合、摩擦、または空気輸送の際に電荷分離によって発生します。特に乾燥した絶縁性粉末では、高い表面電荷が発生する場合があります。これらの力は、引力または斥力として作用します。これらは、分離、粉塵爆発のリスク、および付着に影響を与えます。

化学的表面活性は、電気化学および反応性固体において重要な役割を果たします。粒子表面にある反応性官能基は、ガスや他の固体と反応する可能性があります。その例としては、酸化、加水分解、または水分やガス分子の吸着などが挙げられます。このような効果は、表面エネルギー、ひいては流動特性を変化させます。

粉末では、光学表面活性も関連があります。これは、電磁放射との相互作用を表します。放射および吸収特性は、表面粗さ、色、化学組成によって異なります。これは、乾燥または反応プロセスにおける熱吸収、赤外線放射、および加熱挙動に影響を与えます。

湿った粉末では、表面力のスペクトルが拡大します。乾燥した相互作用に加えて、毛細管力が発生します。粒子間に液体の橋が形成されます。この橋は強い引力を生み出し、凝集を促進します。

そのため、湿った粉末は強い凝集性を示すことが多い。表面活性は急激に上昇する。凝集、塊の形成、壁への付着が典型的な結果である。プロセス技術では、この効果を、例えば造粒などで意図的に利用している。

湿った粉末や懸濁液では、その挙動は固体と液体の界面によって決まります。ここでは、静電相互作用が重要な役割を果たします。粒子表面は、多くの場合、電荷を帯びています。各粒子には、電気二重層が形成されます。

引力であるファンデルワールス力と斥力である静電力の相互作用は、DLVO 理論によって説明されます。その結果生じる相互作用ポテンシャルによって、懸濁液の安定性または凝集性が決まります。

静電反発力はゼータ電位によって異なります。ゼータ電位が高いほど、懸濁液は安定します。ゼータ電位が低いほど、凝集および沈降が起こりやすくなります。