表面活性劑是一類功能性的精細(xì)化學(xué)品。表面活性劑因其兩親結(jié)構(gòu)和性能,在溶液內(nèi)部自聚,形成多種形式的分子有序組合體,如膠團(tuán)、反膠團(tuán)、囊泡、液晶等。這些分子有序組合體的質(zhì)點大小或聚集分子層厚度已接近納米級數(shù)量級,可以提供形成有“量子尺寸效應(yīng)”超細(xì)微粒的適合場所與條件,而且分子聚集體本身也可能有類似“量子尺寸效應(yīng)”。

因此,表面活性劑分子有序組合體表現(xiàn)出多種多樣的實用功能,如乳化、增溶、潤濕、吸附、滲透、分散、消泡、增稠、潤滑等,被用作印染助劑,農(nóng)藥乳化劑,高分子材料乳化聚合反應(yīng)的分散劑,還可在采礦、石油、乳液聚合等工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。同時在膠體流變性、微乳和液晶模板等方面的應(yīng)用也引起了人們的關(guān)注。近年來在無機材料超細(xì)粉體制備,納米與納米復(fù)合材料制備,分子篩與多孔材料的制備中,表面活性劑扮演了非常重要的角色,發(fā)揮了突出的功用。 

利用機械力來破壞單一晶體成為更小單元的過程稱為研磨(milling or comminution)。礦物原料研磨粉碎是無機材料制備中的重要一環(huán)。無論濕法或干法粉碎,由于分子或粒子的相互撞擊、靠近和吸引,粉磨會越來越困難,隨著顆粒粒徑越來越小,將出現(xiàn)能耗增大、效率降低和“團(tuán)聚”現(xiàn)象,即“逆研磨”。研磨粉碎是一個粉碎與團(tuán)聚的復(fù)雜過程,團(tuán)聚現(xiàn)象是超細(xì)粉碎過程中特有的,也是必然的現(xiàn)象。通常添加表面活性劑作為助磨劑,因其降低界面能、靜電穩(wěn)定和空間穩(wěn)定作用,所以能有效地控制弱團(tuán)聚,降低粉碎極限。 

加入助磨劑能顯著地提高礦物粉碎效率,降低能耗。其作用機理有二:①Rehbinder的“吸附降低硬度”理論。表面活性劑通過吸附在礦物固體顆粒表面的結(jié)構(gòu)缺陷部位而達(dá)到促進(jìn)表面的變形或破壞。即助磨劑分子在顆粒上的吸附降低了顆粒的表面自由能或引起表面晶格的位錯遷移,產(chǎn)生點缺陷或線缺陷,從而降低顆粒的強度和硬度,促進(jìn)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)張。②Klimpel的“礦漿流變學(xué)調(diào)節(jié)”理論,認(rèn)為助磨劑調(diào)節(jié)漿料的流變學(xué)性質(zhì)和顆粒的表面電性質(zhì)等,降低漿料的黏度,促進(jìn)顆粒分散,提高漿料流動性,控制顆粒間、顆粒與研磨介質(zhì)及襯板間的團(tuán)聚與黏附。 

總之,表面活性劑可使界面張力降低,使?jié)櫇窠铅冉咏诹?固體粉末可自發(fā)地分散于表面活性劑溶液中。同時表面活性劑可幫助液體潤濕固體的內(nèi)表面,使液體滲透到顆粒內(nèi)部聚集體之間的通道和空隙之中,提供一定的壓力,并在機械力的作用下,使顆粒聚集體的強化學(xué)鍵合力得到破壞。同時,表面活性劑可以幫助研磨,減少顆粒的表面能,阻止已被破壞的表面恢復(fù)鍵合,從而達(dá)到防止顆粒聚結(jié)的目的。表面活性劑作為助磨劑亦起潤滑作用,能提高產(chǎn)品的比表面積,縮短粉磨時間,提高粉磨效率。其作用機理可歸結(jié)為:降低破碎能,增加脆性斷裂幾率,以防止塑性變形,控制細(xì)顆粒的絮凝和聚集,強化分散和調(diào)整漿料的流變性等。