최근 몇 년 동안 사용량과 수요가 증가했습니다. 무기 분말 분말의 종류는 지속적으로 증가하고 있으며, 그 생산 또한 초미세, 특수 및 고부가가치 응용 분야로 발전하고 있습니다. 일반 분말을 고급 기능성 충전재로 바꾸는 핵심 요소 중 하나는 표면 개질입니다.
무기 분말을 변형하는 방법?
무기 충전재 표면에서 화학 반응이 일어나는지 여부에 따라 표면 개질 방법은 물리적 개질, 화학적 개질, 복합재 개질의 세 가지 범주로 나눌 수 있다. 구체적인 공정에 따라 코팅법과 표면 개질법으로 더욱 세분화할 수 있다. 코팅법에는 고상법, 액상법, 기상법이 포함된다.
1. 표면 물리적 변형
표면 물리적 개질은 무기 또는 유기 개질제를 이용하여 무기 분말 표면에 코팅막을 형성하는 공정입니다. 이 과정은 반 데르 발스 힘이나 수소 결합과 같은 분자간 힘에 의존합니다. 이러한 코팅막은 분말의 표면 극성을 변화시키고, 분말 응집을 줄이며, 분말의 균일하고 안정적인 분산을 가능하게 합니다.
물리적 코팅 변형
물리적 코팅 개질(표면 코팅 개질이라고도 함)은 무기 충전재의 표면을 간단하게 개질하는 방법입니다. 이 방법은 주로 계면활성제, 수용성 또는 유지성 고분자, 그리고 수지를 사용하여 충전재 표면을 "코팅"함으로써 표면 개질을 달성하는 것을 포함합니다.
계면활성제 변형
계면활성제는 고유한 소수성 및 친수성 그룹을 통해 물질 표면 또는 계면의 특성을 크게 변화시킬 수 있습니다. 계면활성제는 크게 두 가지 특징을 가지고 있습니다.
- 첫째, 이들은 재료 표면이나 계면에 쉽게 정렬되어 특성에 상당한 변화를 일으킵니다.;
- 둘째, 용해도가 낮고 일반적으로 미셀 형태로 존재하여 표면 장력을 효과적으로 감소시킵니다.
고에너지 표면 개질
고에너지 표면 개질 기술은 적외선, 자외선, 전자빔 방사선 및 플라즈마를 이용하여 무기 분말을 처리합니다.
이를 통해 표면 구성과 구조가 조정되어 표면 특성이 최적화됩니다.
특히 플라즈마 개질은 글로우 방전 플라즈마 시스템을 사용하고 하나 이상의 가스를 처리 매체로 선택합니다. 고에너지 기술을 사용하여 무기 분말을 개질하는 최적의 방법을 화학적 방법과 비교할 때, 플라즈마 개질은 두 가지 중요한 이점을 제공합니다.
- 첫째, 더 높은 온도와 에너지 밀도를 제공합니다.;
- 둘째, 기존의 화학 반응으로는 달성하기 어려운 물리적 변화와 화학 반응을 유도할 수 있습니다.
고에너지 개질은 개질제 사용량이 적어 환경 오염을 방지합니다. 그러나 기술의 복잡성, 높은 비용, 제한된 생산 능력, 불안정한 개질 효과 등으로 인해 실제 적용은 상대적으로 제한적입니다.
2. 표면 화학적 변형
무기 충전재의 표면 화학적 개질은 충전재 표면과 표면 개질제 사이의 화학 반응을 통해 표면 구조와 상태를 변화시키는 것을 말합니다. 표면 개질제는 충전재 표면과 반응 및 결합할 수 있는 극성기를 포함하고 있습니다. 또한, 비극성기는 매트릭스와 상호작용하여 매트릭스 내에서 충전재의 분산성을 향상시키고, 결과적으로 제품 성능을 개선합니다.
표면 증착 코팅
표면 증착 코팅은 충전재 입자 표면에서 무기 화합물의 침전 반응을 시작하여 하나 이상의 코팅층을 형성함으로써 분말의 표면 특성을 최적화하는 공정입니다.
표면 화학 코팅
표면 화학 코팅은 주로 작용기 반응, 자유 라디칼 반응, 배위 반응, 졸 흡착 등의 일련의 화학 반응을 통해 이루어집니다. 이러한 반응들을 통해 기능성 유기 분자 또는 고분자가 무기 충전재 입자의 표면에 안정적으로 결합되어 하나 또는 여러 개의 유기 코팅층이 형성됩니다. 이러한 코팅층은 무기 충전재의 표면 극성, 습윤성, 분산성을 변화시킬 뿐만 아니라 충전재와 기지 사이의 계면 적합성을 향상시켜 복합재료의 전반적인 성능을 개선합니다.
예를 들어, 졸-겔법은 초미세 분말의 코팅 및 합성에 모두 사용할 수 있습니다. 또 다른 접근법으로는 불균일 응집법이 있습니다. 이 공정에서는 먼저 분산제를 첨가하여 두 물질을 분산시킵니다. 다음으로, pH를 조절하거나 계면활성제를 첨가하여 코팅 입자와 코어 입자에 서로 반대되는 표면 전하를 부여합니다. 그러면 정전기적 인력에 의해 단일층 코팅이 형성됩니다. 마지막으로, 표면 접합 중합법은 화학 반응을 통해 무기 입자의 표면에 고분자 물질을 접합합니다. 이 방법의 핵심 특징은 목표 물질에 접합되는 고분자 개질제가 개질 과정 중에 동시에 합성된다는 것입니다.
기계화학적 변형
기계화학적 변형이란 무기 충전 입자가 기계적 힘에 의해 발생하는 일련의 변화를 말합니다. 이러한 변화에는 비정질화, 격자 왜곡, 결정 형태 변환, 그리고 결정 구조의 전반적인 변형이 포함됩니다. 이러한 변화는 시스템의 내부 에너지와 온도 상승을 동반하며, 자유 라디칼 생성, 표면 자유 에너지 증가, 외부 여기 전자 방출 및 플라즈마 영역 현상을 유발할 수도 있습니다. 이로 인해 입자는 준안정적인 고에너지 상태에 놓이게 됩니다.
삽입 수정
층상 구조를 가진 무기 분말을 개질하는 방법을 고려할 때, 층간 삽입 개질은 이상적인 접근 방식입니다. 층간 삽입 개질은 층상 광물 분말 입자의 특성을 이용한 개질 방법입니다. 이러한 광물 분말 입자는 층간 결합력(분자 결합 또는 반 데르 발스 힘)이 약하거나 교환 가능한 양이온을 포함하고 있습니다. 이온 교환 반응이나 특정 화학 반응을 통해 광물 분말 입자의 계면 특성을 크게 변화시킬 수 있습니다. 이 방법은 흑연, 몬트모릴로나이트, 카올리나이트와 같은 층상 결정 구조를 가진 분말에 적합합니다. 이러한 재료에서 층간 삽입 개질은 물리적 및 화학적 특성을 크게 변화시켜 응용 범위를 넓힐 수 있습니다.
3. 복합재 수정
복합 표면 개질이란 무기 분말의 표면 특성을 변화시켜 특정 응용 분야의 요구 사항을 충족시키기 위해 두 가지 이상의 표면 개질 방법(물리적, 화학적, 기계적 방법 포함)을 동시에 적용하는 것을 말합니다. 일반적인 복합 표면 개질 방법에는 물리적/화학적 코팅과 기계화학적/화학적 코팅이 있습니다.
또한, 캡슐화 개질, 현장 개질, 입자 유동층 CVD 코팅 표면 개질 등 다양한 표면 개질 방법이 있습니다.
산업 응용 분야에 적합한 무기 분말의 표면 개질 방법을 결정할 때, 구체적인 방법은 분말 또는 재료의 기능적 특성에 따라 달라집니다. 또한, 개질 효과는 표면 개질제 및 그 조성, 그리고 표면 개질 장비와도 관련이 있습니다. 어떤 방법을 사용하든, 개질 효과뿐만 아니라 전반적인 경제적 이점도 고려해야 합니다.
결론: 무기 분말을 개질하기 위한 첨단 장비?
물리적 코팅, 화학적 코팅 또는 복합재 개질 등 어떤 표면 개질 방식을 선택하든, 최종적인 표면 개질 효과는 첨단 공정과 정교한 장비에 크게 좌우됩니다. 초미세 분말 가공 및 개질 분야의 전문 서비스 제공업체인 에픽파우더는 심도 있는 기술 전문성을 바탕으로 다양한 고효율 개질 장비를 개발해 왔습니다. 벌집형 밀, 연속식 3롤러 밀, 그리고 터브 밀.
에픽 파우더는 최첨단 표면 개질 이론을 효율적인 산업 생산성으로 전환하는 데 전념하고 있습니다. 개질제 배합 및 코팅률을 정밀하게 제어할 뿐만 아니라 개질 균일성, 에너지 소비 제어 및 전반적인 경제적 이점까지 고려합니다. 충전제의 분산성 및 상용성 향상부터 고부가가치 기능성 분말 개발에 이르기까지,
에픽 파우더는 고객 맞춤형 분말 표면 개질 시스템 솔루션을 제공하여 일반 분말을 고급 수준으로 "대폭 업그레이드"할 수 있도록 지원합니다.“
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— 게시자 에밀리 첸
