Modifikasi permukaan bubuk rModifikasi permukaan mengacu pada perlakuan permukaan bubuk secara terarah melalui cara fisik, kimia, atau mekanis. Tujuannya adalah untuk mengubah sifat fisikokimia bubuk atau untuk memberikan fungsi baru. Teknologi ini menjadi semakin penting dalam pemrosesan dan aplikasi bubuk. Teknologi ini secara efektif memenuhi tuntutan material modern, proses canggih, dan teknologi baru. Melalui modifikasi permukaan, nilai aplikasi dan kinerja bubuk dapat ditingkatkan secara signifikan.
Delapan Alasan Utama untuk Menggunakan Bubuk Modifikasi Permukaan
Alasan 1: Meningkatkan Kompatibilitas dan Meningkatkan Dispersi
Dalam material polimer seperti plastik, karet, dan perekat, serta material komposit matriks polimer, pengisi mineral anorganik memainkan peran penting. Namun, terdapat perbedaan signifikan antara sifat permukaan dan antarmuka serbuk anorganik dan matriks polimer organik.
Akibatnya, seringkali terjadi ketidakcocokan dan penyebaran yang tidak seragam.
Tanpa modifikasi permukaan, pengisian langsung atau pemuatan bubuk anorganik yang berlebihan dapat menyebabkan penurunan kekuatan mekanik. Dalam kasus yang parah, dapat terjadi kerapuhan material. Modifikasi permukaan mengoptimalkan karakteristik permukaan pengisi anorganik. Hal ini secara signifikan meningkatkan kompatibilitas dan dispersinya dalam matriks organik.
Akibatnya, kekuatan mekanik dan kinerja keseluruhan material komposit meningkat. Lebih penting lagi, modifikasi permukaan memungkinkan pengisi anorganik untuk berevolusi dari aditif penambah volume menjadi pengisi fungsional. Hal ini menjadikannya salah satu tujuan paling mendasar dari modifikasi permukaan bubuk.
Alasan 2: Meningkatkan Dispersi Pigmen dan Memperbaiki Kinerja Pelapisan
Tujuan utama lain dari modifikasi permukaan bubuk adalah untuk meningkatkan dispersi pigmen dan pengisi dalam pelapis dan cat. Pada saat yang sama, hal ini meningkatkan kilap, kekuatan pewarnaan, daya tutup, dan daya tahan.
Pigmen dan pengisi dalam pelapis sebagian besar berupa bubuk anorganik. Untuk memastikan dispersi yang baik dalam pengikat organik, modifikasi permukaan sangat penting untuk meningkatkan kemampuan pembasahan dan ikatan antarmuka. Dalam pelapis khusus yang sedang berkembang (pelapis listrik, magnetik, akustik, termal, optik, antibakteri, antikorosi, tahan radiasi, dan dekoratif), pengisi dan pigmen tidak hanya harus sangat halus tetapi juga spesifik fungsinya, sehingga perawatan permukaan menjadi sangat penting.
Selain itu, pelapisan permukaan anorganik—seperti pelapisan titanium dioksida dengan alumina atau silika—dapat lebih meningkatkan ketahanan terhadap cuaca dan kinerja pewarnaan.
Alasan 3: Memberikan Stabilitas Dispersi dan Sifat Reologi yang Baik
Dengan semakin banyaknya penggunaan pelapis arsitektur berbasis air, pigmen dan pengisi anorganik harus memenuhi persyaratan yang lebih ketat. Selain kompatibilitas dengan komponen formulasi lainnya, mereka harus menunjukkan stabilitas dispersi jangka panjang dan perilaku reologi yang sangat baik. Karena alasan ini, modifikasi permukaan banyak diterapkan pada pigmen dan pengisi yang digunakan dalam pelapis berbasis air. Hal ini memastikan stabilitas formulasi selama penyimpanan dan kinerja yang andal selama aplikasi.
Alasan 4: Memberikan Efek Mutiara
Produk-produk modern bernilai tambah tinggi menekankan efek optik dan estetika visual yang unggul untuk meningkatkan kekayaan warna. Hal ini membutuhkan material bubuk yang diolah permukaannya untuk memberikan kilau dan efek dekoratif yang sangat baik.
Sebagai contoh, bubuk mika yang dimodifikasi permukaannya dengan oksida logam seperti titanium dioksida, kromium oksida, besi oksida, atau zirkonium oksida dapat digunakan dalam kosmetik, plastik, karet berwarna terang, cat, pelapis khusus, dan kulit, menghasilkan efek mutiara dan secara signifikan meningkatkan nilai produk.
Alasan 5: Meningkatkan Dispersi Pigmen Anorganik
Dalam material komposit anorganik-anorganik, dispersi komponen anorganik memiliki dampak yang menentukan pada kinerja akhir. Dalam sistem keramik, seperti ubin keramik berwarna, dispersi pigmen secara langsung menentukan keseragaman warna dan kualitas produk.
Pigmen dengan dispersi yang unggul meningkatkan kualitas warna sekaligus mengurangi konsumsi pigmen yang mahal. Oleh karena itu, peningkatan dispersi pigmen anorganik dalam matriks anorganik sangat penting untuk pengembangan material komposit anorganik.
Alasan 6: Memberikan Properti Fungsional dan Memperluas Bidang Aplikasi
Serbuk kristal berlapis dapat mengalami modifikasi interkalasi dengan memanfaatkan ikatan antarmolekul yang lemah atau karakteristik pertukaran ion antar lapisan, membentuk senyawa antar lapisan baru seperti senyawa interkalasi tanah liat atau grafit.
Material-material ini memiliki sifat fisikokimia baru yang tidak ada pada bubuk aslinya. Misalnya, grafit yang diinterkalasi secara kimia menunjukkan ketahanan suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan terhadap guncangan termal, ketahanan terhadap oksidasi, ketahanan terhadap korosi, pelumasan, dan kinerja penyegelan. Material ini berfungsi sebagai bahan baku untuk material konduktif, elektroda, penyimpanan hidrogen, grafit fleksibel, dan produk penyegelan, dengan aplikasi yang mencakup sektor metalurgi, perminyakan, teknik kimia, permesinan, kedirgantaraan, energi nuklir, dan energi baru.
Bentonit yang dimodifikasi secara organik juga menunjukkan sifat pembengkakan, adsorpsi, tiksotropi, dan pengikatan yang sangat baik dalam pelarut nonpolar dan polar lemah.
Alasan 7: Meningkatkan Sifat Adsorpsi dan Katalitik
Modifikasi permukaan sangat penting untuk meningkatkan aktivitas, selektivitas, stabilitas, dan kekuatan mekanik material bubuk adsorpsi dan katalitik.
Sebagai contoh, oksida logam, logam alkali tanah, oksida logam tanah jarang, atau logam seperti Cu, Ag, Au, Al, Co, Pt, Pd, dan Ni dapat dimuat ke permukaan bubuk—seperti karbon aktif, diatomit, alumina, gel silika, sepiolit, dan zeolit—melalui metode impregnasi untuk mengoptimalkan kinerja.
Alasan 8: Memungkinkan Nanopowder Berfungsi sebagai Nanomaterial Sejati
Serbuk nano adalah bentuk lanjutan dari serbuk berukuran mikron dengan potensi aplikasi yang sangat besar. Namun, luas permukaan spesifiknya yang tinggi, banyaknya atom permukaan, dan energi permukaan yang tinggi membuat serbuk nano rentan terhadap aglomerasi selama produksi, penyimpanan, transportasi, dan aplikasi, yang mengakibatkan terbentuknya partikel sekunder atau yang lebih besar dan hilangnya efek nano.
Oleh karena itu, modifikasi permukaan sangat penting untuk meningkatkan kinerja aplikasi dan mempercepat industrialisasi nanopowder.
Enam Metode Utama Modifikasi Permukaan Serbuk
Metode modifikasi permukaan dirancang untuk secara sengaja mengubah sifat permukaan bubuk sesuai dengan persyaratan aplikasi. Saat ini, enam kategori utama banyak digunakan, masing-masing mampu mencapai modifikasi yang efisien dan seragam bila dikombinasikan dengan peralatan canggih.
Metode Pelapisan Fisik
Prinsip: Lapisan polimer atau resin diaplikasikan pada permukaan bubuk menggunakan proses dingin atau panas untuk membentuk lapisan pelapis.
Pengubah: Polimer, resin fenolik, resin furan, dll.
Faktor yang Mempengaruhi: Bentuk partikel, luas permukaan spesifik, porositas, jenis dan dosis pelapis, proses pelapisan.
Bahan yang Berlaku: Pasir pengecoran, pasir kuarsa.
Peralatan: Mesin pelapis tiga rolAlat ini menggunakan tiga rotor berputar untuk mengubah aliran pusaran internal, memungkinkan modifikasi permukaan secara terus menerus. Panas dihasilkan melalui gesekan sendiri, sehingga menghilangkan kebutuhan akan pemanasan eksternal. Cocok untuk bubuk berukuran 325–3000 mesh dan bahan pengubah seperti asam stearat, dengan biaya investasi dan operasional yang rendah.
Metode Pelapisan Kimia
Prinsip: Gugus fungsi organik diadsorpsi atau diikat secara kimiawi ke permukaan bubuk anorganik melalui proses kering atau basah, termasuk reaksi radikal bebas, khelasi, dan adsorpsi sol.
Pengubah: Silana, titanat, aluminat, zat penghubung zirkonium aluminat; asam lemak dan garamnya, garam amonium organik, surfaktan, fosfat, asam organik tak jenuh, polimer yang larut dalam air.
Bahan yang Berlaku: Pasir kuarsa, bubuk silika, kalsium karbonat, kaolin, talk, bentonit, barit, wollastonit, mika, diatomit, brucite, barium sulfat, dolomit, titanium dioksida, aluminium hidroksida, magnesium hidroksida, alumina, dll.
Peralatan:
- Mesin pelapis penggiling turbodengan celah rotor-stator yang dapat disesuaikan dan kecepatan linier hingga 130 m/s
- Mesin pelapis penggiling pindengan cakram pin yang berputar berlawanan arah memberikan gaya geser tinggi untuk pelapisan yang seragam dan efisiensi energi.
Metode Reaksi Presipitasi
Prinsip: Senyawa anorganik mengendap pada permukaan partikel, membentuk satu atau beberapa lapisan pelapis untuk meningkatkan sifat-sifat seperti kilap, kekuatan pewarnaan, daya tutup, retensi warna, ketahanan terhadap cuaca, dan sifat listrik/magnetik/termal.
Pengubah: Oksida logam, hidroksida, dan garam anorganik.
Bahan yang Berlaku: Titanium dioksida, mika mutiara, pigmen alumina.
Peralatan: Reaktor kimia yang dikombinasikan dengan mesin pelapis penggiling sarang lebahuntuk perawatan pasca-pengolahan, mencapai tingkat pelapisan hingga 99,2% dan tingkat aktivasi hingga 99,8%.
Metode Mekanokimia
Prinsip: Gaya mekanis yang kuat selama penggilingan ultrahalus mengaktifkan permukaan bubuk, mengubah struktur kristal, kelarutan, perilaku adsorpsi, dan reaktivitas kimia.
Pengubah: Bahan pembantu penggilingan, pendispersi, pengubah permukaan.
Bahan yang Berlaku: Kaolin, talk, mika, wollastonit, titanium dioksida.
Peralatan: Mesin penggiling bola, mesin penggiling jet, mesin penggiling tumbukan kecepatan tinggi, mesin penggiling pin, mesin penggiling sarang lebah, mesin penggiling turbo, dan mesin pelapis tiga rol yang mampu melakukan dispersi, pelapisan, pengeringan, dan pembentukan secara simultan—bahkan untuk bubuk ultrahalus ≤1 μm atau <100 nm.
Metode Modifikasi Interkalasi
Prinsip: Ikatan antar lapisan yang lemah atau sifat pertukaran ion pada mineral berlapis dimanfaatkan untuk memodifikasi karakteristik antarmuka melalui pertukaran ion atau reaksi kimia.
Pengubah: Garam amonium kuaterner, polimer, monomer organik, asam amino, oksida logam, garam anorganik.
Bahan yang Berlaku: Kaolin, grafit, mika, hidrotalsit, vermikulit, rektorit, silikat berlapis, dan oksida logam.
Peralatan: Terutama reaktor kimia, dilengkapi dengan peralatan dispersi mekanis seperti turbo mill.
Metode Modifikasi Permukaan Berenergi Tinggi
Prinsip: Perlakuan berenergi tinggi seperti radiasi ultraviolet, radiasi inframerah, lucutan korona, perlakuan plasma, iradiasi berkas elektron, atau aktivasi gelombang mikro memodifikasi permukaan bubuk.
Contohnya termasuk kalsium karbonat yang diolah dengan plasma untuk meningkatkan daya rekat PP, karbon hitam yang dicangkokkan dengan inframerah untuk dispersi yang lebih baik, dan silika berpori yang diaktifkan plasma dengan peningkatan kandungan hidroksil.
Keterbatasan: Secara teknis kompleks, berbiaya tinggi, dan sulit untuk diindustrialisasi.
Bahan yang Berlaku: Kalsium karbonat, karbon hitam, silika.
Peralatan: Peralatan radiasi khusus, sering dikombinasikan dengan turbo mill atau pin mill untuk optimasi pasca-pemrosesan.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen
