等電點(isoelectric point)
對水中的氧化物粉末而言,表面電荷並非固定——它取決於周圍水的酸鹼度。把水變得更酸,表面抓取質子而帶正;變得更鹼,則釋出質子而帶負。中間某處有一個特定的 pH,正負恰好抵消,顆粒完全不帶淨電荷。那個交界的 pH 就是等電點(isoelectric point, IEP)——想分散漿料時最糟的一個 pH,因為沒有電荷就沒有靜電斥力,顆粒便絮凝。
它是材料的指紋。二氧化矽的等電點很低,約 pH 2 到 3,所以它帶負電,在幾乎整個實用 pH 範圍都能分散。氧化鋁偏高,約 pH 8 到 9;二氧化鈦與氧化鋯落在中間,接近 pH 6。在等電點,界達電位讀數為零,DLVO 能障消失,黏度與降伏應力隨顆粒網絡形成而暴增,方才還能自由傾倒的漿料化為一團。所以配製水基泥漿的金律是:找出等電點,然後在遠離它之處(至少一兩個 pH 單位)工作,那裡電荷——與斥力——都很強。
等電點也是一項工具,不只是危險。有時你刻意把漿料推向等電點,使它故意絮凝——例如在凝膠澆鑄中建立能保持形狀的降伏應力,或快速固結坯體。分散劑常藉由移動有效等電點來作用:把帶負電的高分子吸附到氧化鋁上,它的零電荷 pH 便大幅滑向酸側,於是粉末在寬得多的範圍內都保持帶負電而分散。一項警告:純氧化物的等電點會在分散劑、雜質或溶解離子存在時移動,所以務必針對你實際的體系量測,而非信賴教科書上的值。
你想在水中注漿成形純氧化鋁。它的等電點接近 pH 9,於是你刻意把泥漿酸化到約 pH 4——遠低於等電點——此處每個顆粒都帶強正電荷,界達電位高,漿料流動而穩定。若不慎在 pH 9 澆鑄,這批料便會絮凝成無法澆鑄的一團。
等電點是淨電荷為零的 pH——當你想要分散、可澆鑄的泥漿時,正是要避開的 pH。
教科書上的等電點是針對水中乾淨氧化物的;吸附分散劑、或溶解的雜質離子,都可能使它偏移數個 pH 單位。請量測你實際漿料的等電點——別假設手冊上的數值適用。