Mecanismo Los surfactantes, como modificadores interfaciales, alteran significativamente las características de la estructura porosa del producto final durante el secado del polvo, al afectar las interacciones y el comportamiento de empaquetamiento entre partículas. Este artículo explora sistemáticamente el mecanismo de influencia, las reglas de regulación y la importancia de la aplicación de los surfactantes en la distribución porosa de los polvos secos, y analiza datos experimentales relevantes.
I. Fenómenos básicos de la regulación de la distribución de poros por surfactantes
Tomando como ejemplo el experimento de secado de polvo ultrafino de hidróxido de aluminio, la muestra sin surfactante formó aglomerados duros tras el secado, con una distribución de tamaño de poro extremadamente desigual. El tamaño máximo de poro superó los 3 μm, mientras que el mínimo fue de tan solo 0,05 μm, una diferencia de hasta 60 veces. Por el contrario, tras añadir una cantidad adecuada de surfactante, el polvo permaneció suelto, con tamaños de poro concentrados entre 0,02 y 0,1 μm, y un tamaño máximo de poro no superior a 0,5 μm, lo que mejoró significativamente la uniformidad de la distribución de poros.
Se observaron fenómenos similares en diversos sistemas de polvo. Por ejemplo, en la preparación de nanopartículas de ZAO, cuando la relación molar de PEG-400 a Zn²⁺ fue de 1:16, el polvo resultante presentó un tamaño de partícula inferior a 10 nm y sin aglomeración evidente, con un aumento del volumen de poro de aproximadamente el 42 % en comparación con el sistema sin surfactante. Estos resultados demuestran que los surfactantes desempeñan un papel importante en la inhibición de la aglomeración y la optimización de la estructura porosa.
II. Mecanismo de acción del surfactante
La regulación de la estructura porosa por los surfactantes se debe principalmente a su comportamiento de adsorción en la interfaz sólido-líquido y a su intervención en las fuerzas interpartículas durante el secado. En concreto, esto se puede resumir en los dos mecanismos siguientes:
Reducción de la presión capilar e inhibición de la formación de aglomeraciones duras
Durante el proceso de secado del polvo húmedo, la evaporación del líquido genera una presión capilar negativa entre las partículas, lo que provoca su aglomeración y la formación de aglomerados duros. Tras la adsorción de los surfactantes sobre la superficie de la partícula, pueden reducir la tensión interfacial sólido-líquido, reduciendo así la presión capilar de aproximadamente 10⁴ Pa a aproximadamente 10³ Pa, mitigando eficazmente la agregación de partículas causada por la contracción capilar.
El impedimento estérico dificulta la unión química entre partículas.
La estructura molecular de cadena larga de los surfactantes forma una barrera estérica en la superficie de las partículas, inhibiendo la formación de enlaces de hidrógeno y uniendo grupos hidroxilo entre ellas, reduciendo así la agregación irreversible. Datos experimentales demuestran que la adición de surfactantes puede reducir el número total de partículas durante el secado del 99,9 % a menos del 30 %, lo que indica una supresión significativa de la agregación de partículas.
