膠體製程與懸浮液

靜電穩定(electrostatic stabilization)

阻止顆粒結塊的一種辦法,是讓它們全部帶上同號電荷,如此便像兩塊磁鐵的同極一樣互相推開。拿氣球在頭髮上摩擦,髮絲帶了同號電荷便散開;靜電穩定對漿料玩的正是同一招。給每個陶瓷顆粒帶上同號的表面電荷,顆粒便彼此排斥,散布在液體中,而不會在凡得瓦爾吸引力下崩塌成一團。

電荷從何而來?水中的氧化物顆粒表面長出羥基(-OH),視 pH 而定,這些基團或釋出、或抓取一個質子:在酸中表面帶正(抓進 H+),在鹼中帶負(失去 H+)。每個帶電顆粒周圍,水會聚集一團相對電荷的離子雲——這就是雙電層(electric double layer)。當兩顆粒靠近,兩團離子雲重疊並互推,這重疊斥力就是穩定的力量。它的作用距離由德拜長度(Debye length)決定:在純水或溶鹽極少時,離子雲厚(比如 10 nm),斥力伸得遠;一加鹽,離子雲被壓薄(不到 1 nm),斥力潰散,顆粒便合攏。所以靜電穩定在遠離等電點的 pH 與低鹽含量時最強。

實務上你用 pH 與能使表面帶電的分散劑來調整。氧化鋁泥漿在 pH 4 附近澆鑄,遠低於氧化鋁約 pH 9 的等電點,帶有強正電荷,分散得極漂亮;同一泥漿在 pH 9 附近幾乎不帶電,便絮凝。麻煩在於靜電穩定很脆弱:在高離子強度、靠近等電點、以及在電荷難以形成的非水溶劑中,它都會失效。正因這種脆弱,人們常改用立體穩定(高分子包覆),或與電荷併用——兩者結合稱為電立體穩定(electrosteric stabilization)。

用酸滴定一份氧化鋯漿料並觀察黏度:在其等電點附近(約 pH 6)它濃稠結塊,但把 pH 壓到 3 或 4,表面帶起電荷,顆粒互斥,漿料忽然變稀能倒——這就是純靜電穩定的作用。

把 pH 移離等電點,同樣的顆粒便從結塊變為自由分散。

靜電穩定在高鹽含量與等電點附近幾乎消失,在有機溶劑中也運作不良。別以為單靠電荷就能救得了酒精中的流延泥漿——那類體系改倚賴立體或電立體穩定。

又稱
charge stabilization電荷穩定