분말 표면 개질 r표면 개질은 물리적, 화학적 또는 기계적 수단을 통해 분말 표면을 표적 처리하는 것을 의미합니다. 그 목적은 분말의 물리화학적 특성을 변화시키거나 새로운 기능을 부여하는 것입니다. 이 기술은 분말 가공 및 응용 분야에서 점점 더 중요해지고 있으며, 현대 소재, 첨단 공정 및 신기술의 요구를 효과적으로 충족합니다. 표면 개질을 통해 분말의 응용 가치와 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.
분말을 사용하는 8가지 주요 이유 표면 개질
이유 1: 호환성 향상 및 분산성 강화
플라스틱, 고무, 접착제와 같은 고분자 재료는 물론 고분자 매트릭스 복합 재료에서 무기 광물 충전재는 매우 중요한 역할을 합니다. 그러나 무기 분말과 유기 고분자 매트릭스의 표면 및 계면 특성에는 상당한 차이가 존재합니다.
그 결과, 호환성이 떨어지고 분산이 고르지 못한 경우가 흔히 발생합니다.
표면 개질 없이 무기 분말을 직접 충전하거나 과도하게 첨가하면 기계적 강도가 저하될 수 있습니다. 심한 경우에는 재료가 취성화될 수도 있습니다. 표면 개질은 무기 충전재의 표면 특성을 최적화하여 유기 매트릭스 내에서의 호환성과 분산성을 크게 향상시킵니다.
결과적으로 복합재료의 기계적 강도와 전반적인 성능이 향상됩니다. 더욱 중요한 것은 표면 개질을 통해 무기 충전재가 단순히 부피를 늘리는 첨가제에서 기능성 충전재로 진화할 수 있다는 점입니다. 이것이 바로 분말 표면 개질의 가장 기본적인 목표 중 하나입니다.
두 번째 이유: 안료 분산성 향상 및 코팅 성능 개선
분말 표면 개질의 또 다른 주요 목적은 코팅 및 페인트에서 안료와 충전제의 분산성을 향상시키는 것입니다. 동시에 광택, 착색력, 은폐력 및 내구성을 향상시킵니다.
코팅에 사용되는 안료와 증량제는 주로 무기 분말입니다. 유기 결합제에 잘 분산되도록 하려면 습윤성과 계면 결합력을 향상시키기 위한 표면 개질이 필수적입니다. 전기, 자기, 음향, 열, 광학, 항균, 부식 방지, 방사선 차단 및 장식 코팅과 같은 새로운 특수 코팅에서는 충전제와 안료가 초미세해야 할 뿐만 아니라 특정 기능에 맞춰야 하므로 표면 처리가 필수적입니다.
또한, 이산화티타늄에 알루미나나 실리카를 코팅하는 것과 같은 무기 표면 코팅은 내후성 및 착색 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
세 번째 이유: 우수한 분산 안정성 및 유변학적 특성 제공
수성 건축용 코팅제의 사용이 증가함에 따라 무기 안료 및 충전제는 더욱 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다. 다른 배합 성분과의 호환성 외에도 장기적인 분산 안정성과 우수한 유동성을 보여야 합니다. 이러한 이유로 수성 코팅제에 사용되는 안료 및 충전제에 표면 개질이 널리 적용되고 있습니다. 표면 개질은 보관 중 배합 안정성을 보장하고 도포 시 안정적인 성능을 제공합니다.
이유 4: 진주광택 효과 부여
현대의 고부가가치 제품은 색감을 더욱 풍부하게 하기 위해 뛰어난 광학 효과와 시각적 미학을 강조합니다. 이를 위해서는 탁월한 광택과 장식 효과를 제공하는 표면 처리된 분말 소재가 필요합니다.
예를 들어, 이산화티타늄, 산화크롬, 산화철 또는 산화지르코늄과 같은 금속 산화물로 표면 개질된 운모 분말은 화장품, 플라스틱, 밝은 색 고무, 페인트, 특수 코팅 및 가죽에 사용되어 진주광택 효과를 내고 제품 가치를 크게 높일 수 있습니다.
이유 5: 무기 안료의 분산성 향상
무기-무기 복합재료에서 무기 성분의 분산은 최종 성능에 결정적인 영향을 미칩니다. 특히 유색 세라믹 타일과 같은 세라믹 시스템에서는 안료 분산이 색상 균일성과 제품 등급을 직접적으로 좌우합니다.
분산성이 우수한 안료는 색상 품질을 향상시키는 동시에 고가의 안료 소비량을 줄여줍니다. 따라서 무기 복합재료 개발에 있어 무기 매트릭스 내 무기 안료의 분산성을 향상시키는 것은 매우 중요합니다.
이유 6: 기능적 속성 부여 및 응용 분야 확장
층상 결정 분말은 층 사이의 약한 분자간 결합 또는 이온 교환 특성을 이용하여 층간 삽입 변형을 거쳐 점토 또는 흑연 층간 화합물과 같은 새로운 층간 화합물을 형성할 수 있습니다.
이러한 소재들은 기존 분말에는 없는 새로운 물리화학적 특성을 지니고 있습니다. 예를 들어, 화학적 층간 삽입 흑연은 우수한 고온 저항성, 열충격 저항성, 산화 저항성, 부식 저항성, 윤활성 및 밀봉 성능을 나타냅니다. 이는 전도성 소재, 전극, 수소 저장 장치, 연성 흑연 및 밀봉 제품의 원료로 사용되며, 야금, 석유, 화학 공학, 기계, 항공 우주, 원자력 및 신에너지 분야에 걸쳐 응용됩니다.
유기적으로 변형된 벤토나이트는 비극성 및 약극성 용매에서 우수한 팽윤, 흡착, 요변성 및 결합 특성을 나타냅니다.
이유 7: 흡착 및 촉매 특성 향상
표면 개질은 흡착 및 촉매 분말 재료의 활성, 선택성, 안정성 및 기계적 강도를 향상시키는 데 필수적입니다.
예를 들어, 금속 산화물, 알칼리 토금속, 희토류 산화물 또는 Cu, Ag, Au, Al, Co, Pt, Pd 및 Ni와 같은 금속은 활성탄, 규조토, 알루미나, 실리카겔, 세피올라이트 및 제올라이트와 같은 분말 표면에 함침법을 통해 담지하여 성능을 최적화할 수 있습니다.
8번째 이유: 나노분말이 진정한 나노소재로서 기능할 수 있도록 함
나노분말은 응용 가능성이 매우 큰 미크론 크기 분말의 고급 형태입니다. 그러나 높은 비표면적, 풍부한 표면 원자, 높은 표면 에너지로 인해 생산, 저장, 운송 및 응용 과정에서 응집되기 쉬우며, 이로 인해 2차 입자 또는 더 큰 입자가 생성되고 나노 효과가 손실될 수 있습니다.
따라서 표면 개질은 나노분말의 응용 성능을 향상시키고 산업화를 가속화하는 데 매우 중요합니다.
분말 표면 개질의 6가지 주요 방법
표면 개질 방법은 적용 분야의 요구 사항에 따라 분말 표면의 특성을 의도적으로 변화시키기 위해 고안되었습니다. 현재 널리 사용되는 주요 개질 방법은 6가지 범주로 나뉘며, 각 범주는 첨단 장비와 결합하여 효율적이고 균일한 개질을 달성할 수 있습니다.
물리적 코팅 방법
원칙: 폴리머 또는 수지 코팅은 냉간 또는 열간 공정을 사용하여 분말 표면에 적용되어 코팅층을 형성합니다.
수정자: 폴리머, 페놀 수지, 푸란 수지 등
영향 요인: 입자 모양, 비표면적, 다공성, 코팅 유형 및 투입량, 코팅 공정.
적용 가능한 재료: 주조용 모래, 석영 모래.
장비: 3롤러 코팅기이 장비는 세 개의 회전 로터를 사용하여 내부 와류 흐름을 조절함으로써 연속적인 표면 개질을 가능하게 합니다. 열은 자체 마찰을 통해 발생하므로 외부 가열이 필요 없습니다. 325~3000 메쉬 분말 및 스테아르산과 같은 개질제에 적합하며, 투자 및 운영 비용이 저렴합니다.
화학 코팅 방법
원칙: 유기 작용기는 자유 라디칼 반응, 킬레이션 및 졸 흡착을 포함한 건식 또는 습식 공정을 통해 무기 분말 표면에 흡착되거나 화학적으로 결합됩니다.
수정자: 실란, 티탄산염, 알루미네이트, 지르코늄 알루미네이트 커플링제; 지방산 및 염, 유기 암모늄염, 계면활성제, 인산염, 불포화 유기산, 수용성 고분자.
적용 가능한 재료: 석영 모래, 규사, 탄산칼슘, 카올린, 활석, 벤토나이트, 중정석, 규회석, 운모, 규조토, 브루사이트, 황산바륨, 백운석, 이산화티타늄, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 알루미나 등
장비:
- 터보 밀 코팅기회전자-고정자 간극을 조절할 수 있고 선형 속도가 최대 130m/s인 s
- 핀밀 코팅기역회전 핀 디스크를 사용하여 높은 전단력을 제공함으로써 균일한 코팅과 에너지 효율을 향상시킵니다.
침전 반응법
원칙: 무기 화합물이 입자 표면에 침전되어 하나 또는 여러 개의 코팅층을 형성함으로써 광택, 착색력, 은폐력, 색상 유지력, 내후성 및 전기/자기/열적 특성과 같은 물성을 향상시킵니다.
수정자: 금속 산화물, 수산화물 및 무기염.
적용 가능한 재료: 이산화티타늄, 진주광택 운모, 알루미나 안료.
장비: 화학 반응기와 결합된 벌집형 밀 코팅기후처리 공정을 통해 최대 99.2%의 코팅률과 최대 99.8%의 활성화율을 달성했습니다.
기계화학적 방법
원칙: 초미세 분쇄 과정에서 발생하는 강한 기계적 힘은 분말 표면을 활성화시켜 결정 구조, 용해도, 흡착 특성 및 화학적 반응성을 변화시킵니다.
수정자: 연삭 보조제, 분산제, 표면 개질제.
적용 가능한 재료: 카올린, 활석, 운모, 규회석, 이산화티타늄.
장비: 볼밀, 제트밀, 고속 충격밀, 핀밀, 허니콤밀, 터보밀, 그리고 3롤러 코팅기 등은 1μm 이하 또는 100nm 미만의 초미세 분말까지도 동시에 분산, 코팅, 건조 및 성형할 수 있습니다.
삽입 변형 방법
원칙: 층상 광물의 약한 층간 결합 또는 이온 교환 특성은 이온 교환 또는 화학 반응을 통해 계면 특성을 변형하는 데 활용됩니다.
수정자: 4차 암모늄염, 고분자, 유기 단량체, 아미노산, 금속 산화물, 무기염.
적용 가능한 재료: 카올린, 흑연, 운모, 하이드로탈사이트, 버미큘라이트, 렉토라이트, 층상 규산염 및 금속 산화물.
장비: 주로 화학 반응기를 사용하며, 터보 밀과 같은 기계적 분산 장비를 보조적으로 사용합니다.
고에너지 표면 개질 방법
원칙: 자외선, 적외선, 코로나 방전, 플라즈마 처리, 전자빔 조사 또는 마이크로파 활성화와 같은 고에너지 처리는 분말 표면을 변형시킵니다.
예시로는 PP 접착력 향상을 위한 플라즈마 처리 탄산칼슘, 분산성 향상을 위한 적외선 접합 카본 블랙, 수산기 함량 증가를 위한 플라즈마 활성화 다공성 실리카 등이 있습니다.
제한 사항: 기술적으로 복잡하고 비용이 많이 들며 산업화가 어렵다.
적용 가능한 재료: 탄산칼슘, 카본 블랙, 실리카.
장비: 특수 방사선 장비는 후처리 최적화를 위해 터보 밀 또는 핀 밀과 결합되는 경우가 많습니다.
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— 에밀리 첸 게시글
