Điều chỉnh bề mặt bột rThuật ngữ này đề cập đến việc xử lý bề mặt bột một cách có mục tiêu thông qua các phương pháp vật lý, hóa học hoặc cơ học. Mục đích là để thay đổi các tính chất lý hóa của bột hoặc để tạo ra các chức năng mới. Công nghệ này ngày càng trở nên quan trọng trong quá trình chế biến và ứng dụng bột. Nó đáp ứng hiệu quả nhu cầu của các vật liệu hiện đại, quy trình tiên tiến và các công nghệ mới nổi. Thông qua việc sửa đổi bề mặt, giá trị ứng dụng và hiệu suất của bột có thể được nâng cao đáng kể.
Tám lý do chính dẫn đến việc sử dụng phấn phủ Sửa đổi bề mặt
Lý do 1: Cải thiện khả năng tương thích và tăng cường khả năng phân tán
Trong các vật liệu polymer như nhựa, cao su và chất kết dính, cũng như các vật liệu composite nền polymer, chất độn khoáng vô cơ đóng vai trò quan trọng. Tuy nhiên, tồn tại những khác biệt đáng kể giữa các tính chất bề mặt và giao diện của bột vô cơ và nền polymer hữu cơ.
Do đó, thường xảy ra hiện tượng tương thích kém và phân tán không đồng đều.
Nếu không xử lý bề mặt, việc đổ trực tiếp hoặc sử dụng quá nhiều bột vô cơ có thể dẫn đến giảm độ bền cơ học. Trong trường hợp nghiêm trọng, vật liệu có thể bị giòn. Xử lý bề mặt giúp tối ưu hóa đặc tính bề mặt của chất độn vô cơ. Điều này cải thiện đáng kể khả năng tương thích và phân tán của chúng trong ma trận hữu cơ.
Do đó, độ bền cơ học và hiệu suất tổng thể của vật liệu composite được nâng cao. Quan trọng hơn, việc biến đổi bề mặt cho phép các chất độn vô cơ chuyển đổi từ các chất phụ gia làm tăng thể tích thành các chất độn chức năng. Điều này làm cho nó trở thành một trong những mục tiêu cơ bản nhất của việc biến đổi bề mặt bột.
Lý do 2: Tăng cường khả năng phân tán sắc tố và cải thiện hiệu suất lớp phủ
Một mục tiêu quan trọng khác của việc xử lý bề mặt bột là cải thiện sự phân tán của chất màu và chất độn trong lớp phủ và sơn. Đồng thời, nó giúp tăng độ bóng, độ bền màu, khả năng che phủ và độ bền lâu dài.
Các chất tạo màu và chất độn trong sơn phủ chủ yếu là bột vô cơ. Để đảm bảo sự phân tán tốt trong chất kết dính hữu cơ, việc xử lý bề mặt là rất cần thiết để cải thiện khả năng thấm ướt và liên kết giữa các lớp. Trong các loại sơn phủ đặc biệt mới nổi (sơn điện, từ, âm thanh, nhiệt, quang học, kháng khuẩn, chống ăn mòn, chống bức xạ và trang trí), chất độn và chất tạo màu không chỉ phải siêu mịn mà còn phải có chức năng cụ thể, do đó xử lý bề mặt là không thể thiếu.
Ngoài ra, lớp phủ bề mặt vô cơ—chẳng hạn như phủ titan dioxide bằng alumina hoặc silica—có thể tăng cường hơn nữa khả năng chống chịu thời tiết và hiệu suất tạo màu.
Lý do thứ 3: Cung cấp độ ổn định phân tán tốt và các đặc tính lưu biến tốt.
Với sự gia tăng sử dụng các loại sơn kiến trúc gốc nước, các chất màu và chất độn vô cơ phải đáp ứng những yêu cầu khắt khe hơn. Bên cạnh khả năng tương thích với các thành phần khác trong công thức, chúng phải thể hiện độ ổn định phân tán lâu dài và đặc tính lưu biến tuyệt vời. Vì lý do này, việc biến đổi bề mặt được ứng dụng rộng rãi đối với các chất màu và chất độn được sử dụng trong sơn gốc nước. Điều này đảm bảo tính ổn định của công thức trong quá trình bảo quản và hiệu suất đáng tin cậy trong quá trình thi công.
Lý do thứ 4: Tạo hiệu ứng ánh ngọc trai
Các sản phẩm hiện đại có giá trị gia tăng cao chú trọng đến hiệu ứng quang học vượt trội và tính thẩm mỹ thị giác để tăng cường độ phong phú của màu sắc. Điều này đòi hỏi các vật liệu dạng bột được xử lý bề mặt, mang lại độ bóng tuyệt vời và hiệu ứng trang trí ấn tượng.
Ví dụ, bột mica được biến tính bề mặt bằng các oxit kim loại như titan dioxit, crom oxit, sắt oxit hoặc zirconi oxit có thể được sử dụng trong mỹ phẩm, nhựa, cao su màu sáng, sơn, lớp phủ đặc biệt và da, tạo ra hiệu ứng ánh ngọc trai và làm tăng đáng kể giá trị sản phẩm.
Lý do 5: Cải thiện khả năng phân tán của các chất màu vô cơ
Trong vật liệu composite vô cơ-vô cơ, sự phân tán của các thành phần vô cơ có tác động quyết định đến hiệu năng cuối cùng. Trong các hệ thống gốm sứ, chẳng hạn như gạch men màu, sự phân tán sắc tố trực tiếp quyết định độ đồng đều màu sắc và chất lượng sản phẩm.
Các chất màu có độ phân tán vượt trội giúp cải thiện chất lượng màu sắc đồng thời giảm thiểu việc tiêu thụ các chất màu đắt tiền. Do đó, việc tăng cường độ phân tán của các chất màu vô cơ trong ma trận vô cơ là rất quan trọng đối với sự phát triển của vật liệu composite vô cơ.
Lý do thứ 6: Truyền đạt các đặc tính chức năng và mở rộng lĩnh vực ứng dụng
Bột tinh thể nhiều lớp có thể trải qua quá trình biến đổi xen kẽ bằng cách tận dụng liên kết giữa các phân tử yếu hoặc đặc tính trao đổi ion giữa các lớp, tạo thành các hợp chất xen kẽ mới như hợp chất xen kẽ đất sét hoặc than chì.
Các vật liệu này sở hữu những đặc tính lý hóa mới lạ mà các loại bột ban đầu không có. Ví dụ, than chì được xen kẽ hóa học thể hiện khả năng chịu nhiệt độ cao, chịu sốc nhiệt, chống oxy hóa, chống ăn mòn, khả năng bôi trơn và khả năng làm kín tuyệt vời. Nó được sử dụng làm nguyên liệu thô cho các vật liệu dẫn điện, điện cực, lưu trữ hydro, than chì dẻo và các sản phẩm làm kín, với các ứng dụng trải rộng trong luyện kim, dầu khí, kỹ thuật hóa học, máy móc, hàng không vũ trụ, năng lượng hạt nhân và các lĩnh vực năng lượng mới.
Bentonit biến tính hữu cơ cũng thể hiện các đặc tính trương nở, hấp phụ, thixotropy và liên kết tuyệt vời trong các dung môi không cực và phân cực yếu.
Lý do 7: Tăng cường khả năng hấp phụ và tính chất xúc tác
Việc biến đổi bề mặt là rất cần thiết để cải thiện hoạt tính, độ chọn lọc, độ ổn định và độ bền cơ học của vật liệu bột hấp phụ và xúc tác.
Ví dụ, các oxit kim loại, kim loại kiềm thổ, oxit đất hiếm, hoặc các kim loại như Cu, Ag, Au, Al, Co, Pt, Pd và Ni có thể được phủ lên bề mặt bột—như than hoạt tính, diatomit, alumina, silica gel, sepiolit và zeolit—thông qua các phương pháp tẩm để tối ưu hóa hiệu suất.
Lý do thứ 8: Giúp bột nano hoạt động như vật liệu nano thực thụ
Bột nano là dạng bột vi mô tiên tiến với tiềm năng ứng dụng to lớn. Tuy nhiên, diện tích bề mặt riêng lớn, số lượng nguyên tử bề mặt dồi dào và năng lượng bề mặt cao khiến chúng dễ bị vón cục trong quá trình sản xuất, bảo quản, vận chuyển và ứng dụng, dẫn đến hình thành các hạt thứ cấp hoặc lớn hơn và làm mất đi hiệu ứng nano.
Do đó, việc biến đổi bề mặt đóng vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất ứng dụng và đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa bột nano.
Sáu phương pháp chính để biến đổi bề mặt bột
Các phương pháp biến đổi bề mặt được thiết kế để chủ động thay đổi các đặc tính bề mặt của bột theo yêu cầu ứng dụng. Hiện nay, có sáu loại chính được sử dụng rộng rãi, mỗi loại đều có khả năng đạt được hiệu quả biến đổi đồng đều khi kết hợp với thiết bị tiên tiến.
Phương pháp phủ vật lý
Nguyên tắc: Các lớp phủ polyme hoặc nhựa được phủ lên bề mặt bột bằng quy trình nguội hoặc nóng để tạo thành một lớp phủ.
Các từ bổ nghĩa: Polyme, nhựa phenolic, nhựa furan, v.v.
Các yếu tố ảnh hưởng: Hình dạng hạt, diện tích bề mặt riêng, độ xốp, loại và liều lượng lớp phủ, quy trình phủ.
Vật liệu áp dụng: Cát đúc, cát thạch anh.
Thiết bị: Máy phủ ba trục lănThiết bị sử dụng ba rôto quay để thay đổi dòng xoáy bên trong, cho phép biến đổi bề mặt liên tục. Nhiệt được tạo ra thông qua ma sát nội tại, loại bỏ nhu cầu gia nhiệt bên ngoài. Thích hợp cho bột có kích thước 325–3000 mesh và các chất biến tính như axit stearic, với chi phí đầu tư và vận hành thấp.
Phương pháp phủ hóa chất
Nguyên tắc: Các nhóm chức hữu cơ được hấp phụ hoặc liên kết hóa học lên bề mặt bột vô cơ thông qua các quy trình khô hoặc ướt, bao gồm các phản ứng gốc tự do, tạo phức và hấp phụ sol.
Các từ bổ nghĩa: Các chất liên kết silan, titanat, aluminat, zirconium aluminat; axit béo và muối, muối amoni hữu cơ, chất hoạt động bề mặt, phosphat, axit hữu cơ không bão hòa, polyme tan trong nước.
Vật liệu áp dụng: Cát thạch anh, bột silica, canxi cacbonat, cao lanh, bột talc, bentonit, barit, wollastonit, mica, diatomit, brucit, bari sulfat, dolomit, titan dioxit, nhôm hydroxit, magie hydroxit, alumina, v.v.
Thiết bị:
- Máy phủ Turbo millvới khe hở rôto-stator có thể điều chỉnh và tốc độ tuyến tính lên đến 130 m/s
- Máy phủ kim nghiềnvới các đĩa chốt quay ngược chiều nhau tạo ra lực cắt cao giúp phủ đều và tiết kiệm năng lượng.
Phương pháp phản ứng kết tủa
Nguyên tắc: Các hợp chất vô cơ kết tủa lên bề mặt các hạt, tạo thành một hoặc nhiều lớp phủ để cải thiện các đặc tính như độ bóng, độ bền màu, khả năng che phủ, khả năng giữ màu, khả năng chống chịu thời tiết và các đặc tính điện/từ/nhiệt.
Các từ bổ nghĩa: Oxit kim loại, hydroxit và muối vô cơ.
Vật liệu áp dụng: Titanium dioxide, mica ánh ngọc trai, bột màu alumina.
Thiết bị: Các lò phản ứng hóa học kết hợp với máy phủ dạng tổ ongdùng cho quá trình xử lý sau, đạt được tỷ lệ phủ lên tới 99,2% và tỷ lệ kích hoạt lên tới 99,8%.
Phương pháp cơ hóa học
Nguyên tắc: Các lực cơ học mạnh trong quá trình nghiền siêu mịn kích hoạt bề mặt bột, làm thay đổi cấu trúc tinh thể, độ hòa tan, hành vi hấp phụ và khả năng phản ứng hóa học.
Các từ bổ nghĩa: Các chất hỗ trợ nghiền, chất phân tán, chất điều chỉnh bề mặt.
Vật liệu áp dụng: Cao lanh, bột talc, mica, wollastonite, titan dioxit.
Thiết bị: Máy nghiền bi, máy nghiền tia, máy nghiền va đập tốc độ cao, máy nghiền trục, máy nghiền dạng tổ ong, máy nghiền turbo và máy phủ ba trục có khả năng phân tán, phủ, sấy khô và tạo hình đồng thời—ngay cả đối với bột siêu mịn ≤1 μm hoặc <100 nm.
Phương pháp biến đổi xen kẽ
Nguyên tắc: Tính chất liên kết giữa các lớp yếu hoặc khả năng trao đổi ion của các khoáng chất dạng lớp được tận dụng để điều chỉnh đặc tính giao diện thông qua trao đổi ion hoặc phản ứng hóa học.
Các từ bổ nghĩa: Muối amoni bậc bốn, polyme, monome hữu cơ, axit amin, oxit kim loại, muối vô cơ.
Vật liệu áp dụng: Cao lanh, than chì, mica, hydrotalcite, vermiculite, rectorite, silicat lớp và oxit kim loại.
Thiết bị: Chủ yếu là các lò phản ứng hóa học, được bổ sung bằng các thiết bị phân tán cơ học như máy nghiền tuabin.
Phương pháp biến đổi bề mặt năng lượng cao
Nguyên tắc: Các phương pháp xử lý năng lượng cao như chiếu xạ tia cực tím, chiếu xạ tia hồng ngoại, phóng điện hào quang, xử lý plasma, chiếu xạ chùm electron hoặc kích hoạt bằng vi sóng làm biến đổi bề mặt bột.
Ví dụ bao gồm canxi cacbonat được xử lý bằng plasma để cải thiện độ bám dính của PP, muội than được ghép bằng tia hồng ngoại để phân tán tốt hơn và silica xốp được hoạt hóa bằng plasma với hàm lượng hydroxyl tăng lên.
Hạn chế: Về mặt kỹ thuật, công nghệ rất phức tạp, chi phí cao và khó công nghiệp hóa.
Vật liệu áp dụng: Canxi cacbonat, muội than, silica.
Thiết bị: Thiết bị chiếu xạ chuyên dụng, thường được kết hợp với máy nghiền tuabin hoặc máy nghiền chốt để tối ưu hóa quá trình xử lý sau đó.
Cảm ơn bạn đã đọc. Tôi hy vọng bài viết của tôi hữu ích. Vui lòng để lại bình luận bên dưới. Bạn cũng có thể liên hệ với bộ phận chăm sóc khách hàng trực tuyến của Zelda nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác.
— Bài đăng bởi Emily Chen
