膠體製程與懸浮液

絮凝(flocculation)

絮凝就是那場拉鋸戰倒向錯的一邊、顆粒贏得了結塊權利時所發生的事。一旦穩定的斥力太弱、撐不開顆粒,無所不在的凡得瓦爾吸引力便把顆粒拉在一起,形成鬆散、開放、充滿液體的團簇,稱為絮團(flocs)——想像雪花結成蓬鬆濕潤的雪球,或牛奶結塊。絮凝的漿料在外觀與行為上都與分散的截然不同:它更稠、產生降伏應力,靜置時沉降成蓬鬆、混濁的沉積物。

每當 DLVO 能障消失,絮凝便來臨,而有三種經典方式能把能障打垮。把 pH 移向等電點,表面電荷消失,斥力隨之不見。加鹽,雙電層被壓薄,顆粒得以靠近直到吸引力取勝——每種鹽都有一個臨界凝聚濃度,超過它便使溶膠絮凝。或加太多(或不對的)高分子,其長鏈同時搭上並黏住兩個顆粒、把它們綁在一起——這是橋接絮凝(bridging flocculation),是與電荷喪失型不同的機制。有人把凝聚(coagulation)保留給落入深主極小、硬接觸的顆粒,把絮凝(flocculation)留給落在淺次極小、較鬆散且可逆的團聚,但在陶瓷中,這兩詞常被交替用來指任何不想要的結塊。

多數時候絮凝是敵人:它使泥漿變稠、夾帶空氣,鋪出帶結塊與密度梯度的生坯,燒後變成裂縫與弱點,所以整套分散劑與 pH 控制的機制,都是為了防止它。但它並非總是壞事——受控絮凝是一項刻意的工具。輕度絮凝的泥漿具有降伏應力,能阻止粗顆粒偏析沉降,在凝膠澆鑄中保持形狀,並堆成更均勻(雖稍不緻密)的沉積物。所以熟練的陶瓷工作者不是單純驅逐絮凝,而是調節它——要最大堆積時完全分散,需要一張把顆粒固定就位的網絡時,就加一點絮凝。

取一份清澈、分散良好的矽溶膠,攪入一匙鹽:頃刻間雙電層崩潰,相接的顆粒黏住,溶膠變濁變稠,絮團遍布形成。另外,往同一份溶膠加入大劑量長鏈高分子也會使它絮凝——但是靠橋接,鏈把鄰近顆粒縫在一起。

消除斥力——用鹽、用 pH、或用橋接高分子——凡得瓦爾吸引力便把顆粒結成絮團。

絮凝並非總是缺陷:受控絮凝刻意建立一張弱的顆粒網絡,以提供能阻止偏析、保持形狀的降伏應力。目標是控制絮凝的程度,而非假設完全分散永遠最好。

又称
coagulationaggregation凝聚團聚