Las amplias aplicaciones de la alúmina esférica.
Debido a su mayor superficie y distribución uniforme en comparación con otras morfologías, el polvo de alúmina esférica presenta un rendimiento superior en aplicaciones prácticas en comparación con otras formas de materiales de alúmina. Se puede utilizar no solo en cerámica, catalizadores y sus soportes, sino también en diversos campos como el pulido, el lijado y los dispositivos electrónicos.
Campo de rellenos conductores térmicos
Con la llegada de la era de la información, los dispositivos electrónicos avanzados se miniaturizan cada vez más, y el calor generado por estos dispositivos aumenta exponencialmente, lo que impone muchas exigencias a la disipación de calor del sistema. Dado que la alúmina está ampliamente disponible en el mercado, se presenta en muchas variedades y es más económica que otros materiales conductores térmicos, y se puede añadir en grandes cantidades a los materiales poliméricos, tiene una alta relación costo-rendimiento. Por lo tanto, la mayoría de los materiales aislantes de alta conductividad térmica utilizan actualmente alúmina como relleno de alta conductividad térmica.
Campo de la cerámica
La adición de una cierta cantidad de polvo de alúmina esférica durante la producción de cerámica puede modificar significativamente las propiedades de la misma. La fragilidad a baja temperatura de la cerámica afecta en gran medida su rango de aplicación. Los materiales cerámicos con polvo de alúmina esférica añadido se pueden utilizar para fabricar cerámica dúctil a baja temperatura.
Campo de lijado y pulido
En comparación con la alúmina granular o en escamas tradicional, la alúmina esférica tiene mejor dispersabilidad y fluidez. Los abrasivos de polvo de alúmina esférica se pueden distribuir uniformemente en el producto pulido, evitando la acumulación anormal de polvo. Además, la superficie lisa de las partículas evita rayar la superficie de la pieza de trabajo, mejorando así el acabado superficial.
Campo de materiales electrónicos y ópticos
La alúmina esférica tiene una amplia gama de aplicaciones en los campos electrónico y óptico. Utilizando alúmina esférica como sustrato y añadiendo elementos de tierras raras como activadores, este método permite producir materiales luminiscentes rojos con un mejor rendimiento. Las partículas de alúmina esférica tienen un tamaño uniforme y están uniformemente dispersas, exhibiendo un mejor rendimiento de luminiscencia en comparación con otras formas de alúmina, y determinando mejor la estructura de relleno del material luminiscente.
Campo de catalizadores y soportes
Debido a que la alúmina tiene una gran cantidad de enlaces químicos insaturados en su superficie y una gran cantidad de centros activos catalíticos, exhibe una alta actividad química. Además, la alúmina esférica tiene las ventajas de bajo desgaste de partículas, larga vida útil y gran superficie específica.
Campo de la impresión 3D
La alúmina esférica es uno de los materiales más utilizados para la impresión 3D debido a su alta resistencia, alta esfericidad y resistencia a altas temperaturas. Recubrimientos protectores de superficies
El uso de alúmina esférica como material de recubrimiento por pulverización es actualmente uno de los principales focos de investigación. Este material no solo protege polímeros, vidrio, metales y aleaciones, sino que también prolonga la vida útil de productos de acero inoxidable, como los utensilios de cocina.
Desde todos los puntos de vista, la alúmina fina se ha convertido en uno de los nuevos materiales cuyo desarrollo es prioritario para nuestro país. Gracias a su amplia aplicación en campos tradicionales y su rápida penetración en industrias emergentes como la de los vehículos de energías renovables y la generación de energía fotovoltaica, la demanda aumenta constantemente, y la industria de la alúmina fina presenta amplias perspectivas de mercado.
Cinco aplicaciones típicas del talco en polvo.
Cuando se aprovechan las múltiples y potentes propiedades del talco en los recubrimientos, se puede mejorar significativamente el rendimiento del material y reducir sustancialmente los costos de producción, lo que se traduce en una mejora integral de la calidad del recubrimiento. Por lo tanto, el talco se utiliza ampliamente en diversas formulaciones de recubrimientos.
Recubrimientos arquitectónicos
Cuando se utiliza polvo de talco en recubrimientos arquitectónicos, proporciona excelentes propiedades de aplicación con brocha, retención de brillo y nivelación. Al mismo tiempo, mejora significativamente las propiedades de secado, la pegajosidad, la dureza y la resistencia a la corrosión del recubrimiento. Mejora el poder cubriente en seco y en húmedo, el efecto mate, la resistencia al agrietamiento y la resistencia al frote del producto, y puede mejorar considerablemente la capacidad de tinción del dióxido de titanio, reduciendo así los costos de producción. En la fabricación de recubrimientos arquitectónicos, el talco es un componente indispensable.
Recubrimientos industriales
El polvo de talco se utiliza ampliamente como carga funcional en diversos recubrimientos industriales, especialmente en imprimaciones para piezas. Gracias a su buena capacidad de lijado y resistencia al agua, el polvo de talco puede reemplazar total o parcialmente las cargas de las imprimaciones. Cuando se aplica a recubrimientos para estructuras de acero, el polvo de talco mejora eficazmente las propiedades de sedimentación del recubrimiento, las propiedades mecánicas de la película y la capacidad de repintado. Muchos productos, como las imprimaciones de secado rápido y los recubrimientos para vehículos de transporte, priorizan el uso de polvo de talco.
Recubrimientos para madera
El talco también tiene un lugar importante en los recubrimientos para madera (muebles).
La aplicación de polvo de talco en recubrimientos para madera se centra principalmente en imprimaciones transparentes y capas de acabado de color sólido. Las características de baja dureza del polvo de talco confieren a la película de pintura una buena capacidad de lijado, lo que permite reemplazar parcialmente los agentes de lijado de estearato de zinc de alto costo. El índice de refracción del talco es similar al de los aglutinantes de resina, lo que confiere al recubrimiento una alta transparencia. Esta característica permite que se muestre bien la textura natural del sustrato, y cuando se utiliza en capas de acabado mate, puede reemplazar parcialmente los costosos agentes matificantes.
Cuando se utiliza talco en recubrimientos para madera, se puede maximizar el atractivo de los muebles de madera, satisfaciendo al mismo tiempo las preferencias de estilo de vida de las personas y reduciendo los costos.
Recubrimientos anticorrosivos
El talco también se utiliza con frecuencia en el campo de los recubrimientos anticorrosivos. La estructura laminar naturalmente estable del talco aumenta la viscosidad de la pintura y proporciona un efecto de barrera a la película de pintura. Si bien previene eficazmente la penetración de agentes corrosivos como ácidos, álcalis y sales, también dificulta la penetración de la imprimación en sustratos porosos, mejorando el efecto de sellado y la lijabilidad de la misma. Estas características mejoran significativamente el rendimiento anticorrosivo de la película de pintura. En el campo de los recubrimientos anticorrosivos, el talco es un componente sólido y fiable, digno de confianza.
Recubrimientos impermeables
Como relleno en recubrimientos impermeables, el polvo de talco no solo reduce la contracción volumétrica durante el curado del recubrimiento, mejora la resistencia al desgaste y la adherencia, y reduce los costos, sino que también confiere al recubrimiento buena estabilidad de almacenamiento y resistencia al calor.
Más importante aún, el polvo de talco tiene un efecto beneficioso sobre la elongación elástica y la resistencia a la tracción de los recubrimientos impermeables: dentro de un cierto rango de adición, a medida que aumenta la cantidad de polvo de talco, la elongación elástica y la resistencia a la tracción del recubrimiento impermeable también aumentan. Esto se traduce en una máxima protección para el objeto recubierto.
La aplicación del talco en recubrimientos arquitectónicos, industriales, para madera, anticorrosivos e impermeables es solo una pequeña parte de sus múltiples campos de aplicación. Como mineral no metálico no renovable y de bajo costo, el talco también tiene amplias aplicaciones en cosméticos, alimentos, medicina, caucho, cerámica, textiles, impresión y teñido, y la industria electrónica. Se cree que en un futuro próximo, con una mayor investigación, la comprensión de la humanidad sobre el talco será cada vez más profunda, y este mineral brillará con luz propia en campos aún más amplios.
¿Cómo contribuye el sulfato de bario a la creación de materiales de recubrimiento de alta calidad?
El sulfato de bario es muy apreciado principalmente por su excepcional capacidad de relleno. Esto significa que, manteniendo el rendimiento de la película de pintura, optimiza eficazmente los costos de formulación y se utiliza ampliamente en diversos campos, desde recubrimientos industriales hasta pinturas decorativas.
Más importante aún, gracias a su pequeño tamaño de partícula, distribución uniforme, gran superficie específica y excelente fluidez, el sulfato de bario presenta una abrasividad muy baja durante el procesamiento. Esta característica se traduce directamente en eficiencia de producción: reduce significativamente el desgaste de los equipos de mezcla, bombeo y pulverización, prolongando su vida útil y haciendo que el proceso de producción sea más fluido y económico.
Esta ventaja se manifiesta plenamente en la aplicación de imprimaciones automáticas para superficies. Incluso con altos requisitos de carga, el sulfato de bario garantiza una excelente estabilidad y propiedades de nivelación de la pasta de pintura, lo que resulta en una uniformidad y suavidad excepcionales. Esto proporciona una base impecable para la posterior aplicación de la capa final, lo cual es crucial para lograr un recubrimiento eficiente, automatizado y de alta calidad.
El sulfato de bario es mucho más que un simple relleno. Es un aditivo multifuncional que combina alta capacidad de relleno, baja abrasión y excelentes propiedades de nivelación. Elegirlo significa seleccionar una base de calidad confiable para sus recubrimientos, mejorando el rendimiento del producto y garantizando al mismo tiempo una producción eficiente.
Aplicaciones de materiales cerámicos avanzados
Aplicaciones en aeronaves de alta velocidad
Las aeronaves de alta velocidad son equipos estratégicos que las principales potencias militares se esfuerzan por desarrollar. Su vuelo supersónico y sus estructuras aerodinámicas provocan graves problemas de calentamiento aerodinámico. El entorno térmico típico de las aeronaves de alta velocidad implica altas temperaturas y cargas termomecánicas complejas y extremas. Las aleaciones de alta temperatura existentes ya no cumplen con los requisitos, lo que ha dado lugar al desarrollo de compuestos de matriz cerámica. En particular, los materiales cerámicos compuestos de SiCf/SiC se han utilizado ampliamente en componentes estructurales sometidos a altas temperaturas, como álabes de turbina, álabes guía de tobera y anillos exteriores de turbina de motores aeronáuticos. La densidad de estos materiales compuestos es aproximadamente una cuarta parte de la de las aleaciones de alta temperatura, lo que se traduce en una reducción significativa del peso. Además, pueden operar a temperaturas de hasta 1400 °C, lo que simplifica enormemente el diseño del sistema de refrigeración y aumenta el empuje.
Aplicaciones en blindaje ligero
El blindaje compuesto ligero es crucial para mantener la capacidad de supervivencia del equipo moderno. El desarrollo de fibras cerámicas y compuestos de matriz cerámica reforzados con fibras es fundamental para la aplicación de blindaje compuesto ligero. Actualmente, los principales materiales cerámicos de protección utilizados incluyen B4C, Al2O3, SiC y Si3N4. Las cerámicas de carburo de silicio, con sus excelentes propiedades mecánicas y su rentabilidad, se han convertido en uno de los materiales cerámicos antibalas más prometedores. Sus diversas aplicaciones en diferentes campos de protección de blindaje, incluyendo equipos para soldados, vehículos blindados del ejército, helicópteros armados, vehículos especiales policiales y civiles, les otorgan amplias perspectivas de aplicación. En comparación con las cerámicas de Al2O3, las cerámicas de SiC tienen una menor densidad, lo que resulta beneficioso para mejorar la movilidad del equipo.
Aplicaciones en armas ligeras
Las armas ligeras, como componente importante del armamento, generalmente incluyen pistolas, rifles, ametralladoras, lanzagranadas y equipos individuales especiales (lanzacohetes individuales, misiles individuales, etc.). Su función principal es lanzar proyectiles al área objetivo para neutralizar o destruir objetivos enemigos. Las condiciones de funcionamiento de las armas ligeras incluyen altas temperaturas, bajas temperaturas, gran altitud, calor húmedo, polvo, lluvia, polvo y lluvia, niebla salina e inmersión en agua de río. La resistencia a la corrosión es crucial. Actualmente, los principales procesos anticorrosión para armas ligeras incluyen pavonado, anodizado duro, tecnología de penetración controlada por iones, recubrimientos de carbono tipo diamante y nitruración por plasma. Especialmente en el caso de armas y equipos utilizados en entornos marinos, el requisito de resistencia a la corrosión en ambientes de niebla salina durante más de 500 horas representa un desafío considerable para los tratamientos de recubrimiento tradicionales.
Aplicaciones en cañones de armas
El cañón es un componente fundamental de las armas de proyectiles. Su estructura interna incluye la recámara, el cono de forzamiento y el estriado, conectados entre sí por el cono de forzamiento. Los cañones tradicionales suelen estar fabricados de acero aleado de alta resistencia. Durante el disparo, el interior del cañón está sometido a los efectos combinados de los gases propulsores y los proyectiles, lo que provoca grietas y desprendimiento del recubrimiento en la pared interna. El daño en el ánima del cañón es consecuencia de la acción repetida de los gases propulsores y los proyectiles a alta temperatura, alta presión y alta velocidad sobre la pared del cañón. El cono de forzamiento y la boca del cañón suelen ser las primeras partes en fallar.
Para prolongar la vida útil del cañón, el cromado del ánima es el método más común, pero la temperatura de resistencia a la oxidación de la capa de cromo no supera los 500 °C. Con el aumento continuo de la presión en la recámara durante el disparo y el incremento exponencial de los requisitos de vida útil del cañón, la presión y la temperatura que soporta el cañón también aumentan. El uso de la alta dureza, la alta resistencia y la inercia química a altas temperaturas de los materiales cerámicos puede reducir eficazmente la erosión del cañón y prolongar su vida útil.
Aplicaciones en municiones
Los componentes principales de la munición son la ojiva y la espoleta. Como componente más directo para causar daño, la ojiva consta principalmente de la carcasa, los elementos de fragmentación, la carga explosiva y la espoleta. Mejorar continuamente la letalidad de la ojiva siempre ha sido un objetivo en el desarrollo de armas. Especialmente en el caso de las granadas de efecto de área, los fragmentos producidos por la explosión de la ojiva son los elementos letales, y la tecnología de fragmentación eficiente siempre ha sido un desafío de investigación en este campo.
Cuatro áreas de aplicación principales de las cerámicas de nitruro de silicio.
Campo de la mecánica
Las cerámicas de nitruro de silicio se utilizan principalmente como válvulas, tuberías, ruedas de clasificación y herramientas de corte cerámicas en la industria mecánica. La aplicación más extendida son las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio. Estas cerámicas son ampliamente reconocidas como el mejor material para rodamientos, y las bolas de rodamiento de cerámica de nitruro de silicio, el componente más crítico de los rodamientos, son los verdaderos "héroes anónimos" que garantizan el rendimiento de los equipos. Estas pequeñas bolas de cerámica, con diámetros que van desde unos pocos milímetros hasta decenas de milímetros, pueden parecer insignificantes, pero gracias a sus propiedades de "ligereza, dureza, estabilidad y aislamiento", desempeñan un papel fundamental en vehículos de nueva energía, patines, taladros dentales e incluso bicicletas de alta gama.
Campo aeroespacial
Los materiales cerámicos de nitruro de silicio presentan ventajas como alta resistencia, resistencia a altas temperaturas y buena estabilidad química, lo que les permite cumplir con los estrictos requisitos de los materiales en el sector aeroespacial. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen dos aplicaciones clásicas en este campo: en primer lugar, el nitruro de silicio se considera uno de los pocos materiales cerámicos monolíticos capaces de soportar el severo choque térmico y los gradientes térmicos generados por los motores de cohete de hidrógeno/oxígeno, y se utiliza en las toberas de estos motores; en segundo lugar, las excelentes propiedades de las cerámicas de nitruro de silicio y sus compuestos, como la resistencia al calor, la transmisión de ondas y la capacidad de carga, las convierten en uno de los materiales de transmisión de ondas de alto rendimiento de nueva generación que se están investigando.
Campo de los semiconductores
A medida que los dispositivos electrónicos evolucionan hacia la miniaturización y el alto rendimiento, el encapsulado de semiconductores exige materiales de disipación de calor con mayores prestaciones. Las cerámicas de nitruro de silicio tienen una conductividad térmica de hasta 90-120 W/(m·K) y una alta compatibilidad con el coeficiente de expansión térmica de los cristales de SiC, sustrato de los semiconductores de tercera generación, lo que las convierte en el material preferido para los sustratos de encapsulado de dispositivos de potencia de SiC. A nivel internacional, empresas japonesas como Toshiba y Kyocera dominan el mercado, mientras que empresas nacionales como Sinoma Advanced Materials han logrado avances tecnológicos significativos.
Además de ser un material clave para el encapsulado, las cerámicas de nitruro de silicio presentan amplias perspectivas de aplicación en equipos de fabricación de semiconductores. En el proceso de procesamiento de obleas, las cerámicas de nitruro de silicio se pueden utilizar para fabricar elementos calefactores resistentes a altas temperaturas y al choque térmico, cumpliendo con las estrictas condiciones de funcionamiento de equipos como los hornos de CVD (deposición química de vapor) y los hornos de difusión. Campo biomédico
Como material biocerámico emergente, el nitruro de silicio presenta un gran potencial de aplicación en implantes médicos debido a sus excelentes propiedades mecánicas y biocompatibilidad. En concreto, el nitruro de silicio se ha utilizado como biomaterial ortopédico y se ha aplicado con éxito en componentes de prótesis de cadera y rodilla para mejorar la resistencia al desgaste y prolongar la vida útil de las prótesis. Además, los materiales de nitruro de silicio se han utilizado para promover la fusión ósea en cirugía de columna vertebral. Los materiales cerámicos de nitruro de silicio demuestran una excelente estabilidad y fiabilidad en el campo médico. El nitruro de silicio también presenta una fuerte adhesión celular y osteoconductividad, lo que proporciona una base biológica importante para su aplicación en la reparación ósea. Sin embargo, la fragilidad inherente de las cerámicas de nitruro de silicio sigue siendo un desafío importante para su aplicación en la ingeniería de reparación ósea. Además, los materiales de nitruro de silicio son difíciles de degradar in vivo, lo que dificulta el crecimiento de nuevo tejido óseo en el sitio de reparación y su reemplazo completo del material de reparación original, limitando así el alcance de sus aplicaciones clínicas.
¿Por qué el hidróxido de aluminio es tan eficaz para tratar los problemas estomacales?
El óxido de aluminio, también conocido como alúmina, con la fórmula química Al2O3, es el segundo óxido más abundante en la corteza terrestre después del dióxido de silicio, y se encuentra ampliamente en minerales como el feldespato y la mica. Industrialmente, a menudo se refina a partir de materias primas minerales naturales —la bauxita— para obtener alúmina.
En un sentido más amplio, el óxido de aluminio es un término general para los óxidos e hidróxidos de aluminio, una clase de compuestos compuestos por aluminio, oxígeno e hidrógeno. Debido a sus múltiples formas y propiedades, el óxido de aluminio se puede dividir en óxido de aluminio hidratado y anhidro.
Entre los óxidos de aluminio hidratados comunes se incluyen el hidróxido de aluminio industrial, la gibbsita, la boehmita, la pseudoboehmita, el diásporo, el corindón y la tohdita. De estos, el hidróxido de aluminio industrial, la gibbsita y la boehmita son óxidos de aluminio trihidratados, el diásporo y el corindón son óxidos de aluminio monohidratados, y la pseudoboehmita y la tohdita son óxidos de aluminio polihidratados.
En un sentido más amplio, el hidróxido de aluminio es un término general para el óxido de aluminio monohidratado (meta-hidróxido de aluminio) y el óxido de aluminio trihidratado (orto-hidróxido de aluminio). El óxido de aluminio hidratado no es un verdadero hidrato de óxido de aluminio, sino que enfatiza una estructura cristalina de hidróxido de aluminio, donde los iones de aluminio e hidróxido están conectados por enlaces iónicos, y todos los iones hidróxido son equivalentes. El hidróxido de aluminio suele ser un polvo blanco, inodoro, no tóxico, económico y de amplio uso. El hidróxido de aluminio es más conocido por su uso como retardante de llama añadido a materiales de matriz polimérica, donde exhibe excelentes propiedades ignífugas.
¿Ha notado que en la vida diaria, el hidróxido de aluminio se usa a menudo para fabricar medicamentos para el estómago? Tiene efectos antiácidos, adsorbentes, hemostáticos locales y protectores de úlceras. El gel de hidróxido de aluminio se puede usar para neutralizar el ácido estomacal y tiene un efecto terapéutico en algunas enfermedades estomacales comunes.
El principio es simple: el hidróxido de aluminio es un óxido anfótero típico; puede reaccionar tanto con ácidos como con bases. Por lo tanto, el hidróxido de aluminio puede neutralizar o amortiguar el ácido estomacal. Cuando el hidróxido de aluminio reacciona con el ácido estomacal, el cloruro de aluminio resultante tiene un efecto astringente, que puede proporcionar hemostasia local, pero también puede causar estreñimiento como efecto secundario. El hidróxido de aluminio, al mezclarse con el jugo gástrico, forma un gel que cubre la superficie de las úlceras, creando una película protectora. Esta película aísla la mucosa gástrica de la irritación y el daño causados por el ácido gástrico, la pepsina y otras sustancias nocivas, promoviendo la reparación y cicatrización de la mucosa gástrica y contribuyendo al tratamiento de la gastritis, las úlceras gástricas y otras enfermedades relacionadas.
En segundo lugar, los iones de aluminio se unen a los fosfatos en los intestinos para formar fosfato de aluminio insoluble, que se excreta en las heces. Por lo tanto, en pacientes con uremia, la ingesta de grandes cantidades de hidróxido de aluminio puede reducir la absorción de fosfatos intestinales, aliviando así la acidosis.
Además, el hidróxido de aluminio a nanoescala puede utilizarse como portador de fármacos para encapsular medicamentos o antígenos, mejorando la estabilidad y la especificidad del fármaco. Asimismo, el hidróxido de aluminio se utiliza con frecuencia como excipiente farmacéutico en la preparación de medicamentos orales y vacunas, garantizando la estabilidad y la seguridad del fármaco.
Hidróxido de aluminio: ¿Por qué no se puede utilizar directamente?
Los hidróxidos anfóteros inorgánicos (hidróxido de aluminio [Al(OH)₃, ATH]) poseen propiedades ignífugas, supresoras de humo y de relleno altamente eficaces. Tras la descomposición térmica, no produce gases tóxicos ni corrosivos y puede utilizarse como relleno ignífugo en materiales orgánicos poliméricos. Actualmente, el uso de ATH como ignífugo aumenta año tras año, y se ha convertido en el ignífugo inorgánico más importante a nivel mundial.
Primero la modificación, luego la ignífuga
Generalmente, los fabricantes suelen rellenar los materiales inflamables con hidróxido de aluminio en polvo (ATH) o recubrir la superficie de los materiales inflamables con un recubrimiento ignífugo que contiene ATH para mejorar las propiedades ignífugas de los materiales orgánicos poliméricos.
Además, dado que el ATH contiene tres grupos hidroxilo (-OH), su superficie es asimétrica y altamente polar. Los grupos hidroxilo superficiales presentan propiedades hidrófilas y oleofóbicas, lo que los hace propensos a la aglomeración al añadirse a materiales orgánicos poliméricos, lo que afecta directamente a sus propiedades mecánicas.
Por lo tanto, el hidróxido de aluminio debe modificarse superficialmente antes de su uso.
Modificación Superficial del Hidróxido de Aluminio
La modificación superficial es una de las tecnologías clave para optimizar las propiedades de los materiales en polvo inorgánico, desempeñando un papel crucial en la mejora del rendimiento y el valor de las aplicaciones de los polvos inorgánicos. La modificación superficial de partículas inorgánicas se refiere a la adsorción o encapsulación de una o más sustancias en su superficie, formando una estructura compuesta de núcleo-capa. Este proceso es esencialmente un proceso compuesto de diferentes sustancias.
Tipos y Características de los Modificadores
Existen muchos tipos de modificadores de superficie en polvo, pero no existe un método de clasificación estándar. Los modificadores para la modificación de polvos inorgánicos se dividen principalmente en dos categorías: surfactantes y agentes de acoplamiento.
(1) Agentes de Acoplamiento
Los agentes de acoplamiento son adecuados para diversos sistemas de materiales compuestos de polímeros orgánicos y cargas inorgánicas. Tras la modificación de la superficie con agentes de acoplamiento, se incrementa la compatibilidad y dispersabilidad del material inorgánico con el polímero. La superficie del material inorgánico cambia de hidrófila y oleófoba a oleófila e hidrófoba, aumentando su afinidad con el polímero orgánico.
Los agentes de acoplamiento son diversos y se pueden clasificar en cuatro categorías principales según su estructura y composición química: complejos orgánicos, silanos, titanatos y aluminatos.
(2) Tensioactivos
Los tensioactivos son sustancias que pueden alterar significativamente las propiedades superficiales o interfaciales de un material cuando se utilizan en cantidades muy pequeñas. Incluyen tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos, como ácidos grasos superiores y sus sales, alcoholes, aminas y ésteres. Su estructura molecular se caracteriza por un grupo alquilo de cadena larga en un extremo, similar a las moléculas de polímeros, y grupos polares como los grupos carboxilo, éter y amino en el otro.
¿Cómo se puede determinar el efecto de modificación?
¿Es fiable el hidróxido de aluminio modificado? ¿Qué tan fiable es? Esto requiere evaluar y caracterizar el efecto de modificación.
Actualmente, el efecto ignífugo de los retardantes de llama de hidróxido de aluminio se puede evaluar mediante métodos directos, como la prueba del índice de oxígeno del material, el índice de inflamabilidad vertical y horizontal, la producción de humo, el análisis termogravimétrico y las propiedades mecánicas durante la combustión; o indirectamente, midiendo la absorbancia del polvo, el índice de activación y el valor de absorción de aceite para evaluar indirectamente su efecto de modificación.
(1) Absorbancia
El ATH sin modificar presenta grupos hidroxilo hidrófilos y oleofóbicos en su superficie, lo que le permite disolverse en agua o sedimentarse libremente en el fondo. Tras la modificación, la superficie del ATH se vuelve hidrófila y oleofóbica, con propiedades superficiales completamente opuestas a las de la forma sin modificar. No puede disolverse ni sedimentarse en el fondo y solo flota en la superficie. Sin embargo, el ATH modificado puede disolverse o precipitarse bien en aceites (como la parafina líquida).
(2) Índice de Activación
El ATH sin modificar presenta una polaridad muy fuerte debido a la naturaleza de sus grupos hidroxilo superficiales (-OH), lo que le permite disolverse o sedimentarse libremente en agua con propiedades similares. Tras la modificación, el ATH presenta una capa de grupos lipófilos adherida a su superficie, con grupos hidroxilo superficiales (-OH) encapsulados en su interior. Cuanto mayor sea el efecto de la modificación, mayor será la tasa de cobertura de la superficie del ATH por los grupos lipófilos y mayor será la flotación del ATH modificado en la superficie del agua.
(3) Valor de Absorción de Aceite
Para medir el valor de absorción de aceite, es necesario añadir aceite de ricino al ATH y agitarlo. Antes de la modificación, el ATH, debido a sus propiedades hidrófilas y oleofóbicas, requiere más aceite de ricino para formar esferas. Después de la modificación de la superficie, se vuelve hidrófilo y oleofóbico, mejorando la dispersabilidad del ATH en el polímero y reduciendo los huecos formados por la aglomeración del polvo.
Comprensión de los materiales superresistentes: NdFeB
El NdFeB sinterizado, al ser el proceso de preparación más antiguo y de aplicación más universal, ha impulsado el rápido desarrollo de los materiales magnéticos permanentes de tierras raras. Gracias a su fuerte anisotropía magnética y al bajo costo de sus materias primas, el NdFeB sinterizado se ha convertido en un objetivo de investigación para muchos países. Los materiales magnéticos permanentes de NdFeB sinterizado utilizan la pulvimetalurgia. La aleación fundida se pulveriza y se compacta en un campo magnético. Posteriormente, la compactación se sinteriza en gas inerte o al vacío para lograr la densificación. Además, para mejorar la coercitividad del imán, suele requerirse un tratamiento térmico de envejecimiento. El proceso se desarrolla de la siguiente manera: preparación de la materia prima → fundición → preparación del polvo → prensado → sinterización y revenido → ensayo magnético → rectificado → mecanizado → electrodeposición → producto final.
A diferencia del NdFeB sinterizado, las partículas individuales de polvo de los imanes aglomerados deben tener una coercitividad suficientemente alta. Si la estructura multifásica y la microestructura necesarias para una alta coercitividad se dañan gravemente durante el proceso de preparación del polvo, será imposible producir imanes aglomerados de buena calidad. Por lo tanto, mediante el método de solidificación rápida por hilado de polvo magnético, la aleación fundida caliente se vierte o pulveriza sobre una rueda de cobre refrigerada por agua que gira a alta velocidad para formar una tira delgada de 100 μm de espesor.
La fabricación de imanes prensados/deformados en caliente requiere partir de polvo magnético de Nd-Fe-B enfriado rápidamente, en lugar de utilizar directamente aleaciones fundidas. Al emplear condiciones de sobreenfriamiento (enfriamiento rápido), se obtienen granos más finos, o incluso polvo magnético amorfo. Durante el prensado y la deformación en caliente, los granos se calientan y crecen hasta alcanzar un tamaño cercano al de un dominio único, logrando así una alta coercitividad en el imán final. El proceso de prensado en caliente consiste en colocar el polvo magnético en un molde y aplicar presión a alta temperatura para comprimirlo y convertirlo en un imán isotrópico de alta densidad.
Aplicaciones
Motores de imanes permanentes
En los motores de imanes permanentes, el uso de estos imanes para la excitación no solo reduce el consumo de energía y ahorra electricidad, sino que también mejora el rendimiento del motor.
Maquinaria magnética
La maquinaria magnética funciona mediante la fuerza repulsiva entre polos iguales o la fuerza atractiva entre polos opuestos en los imanes. Esto requiere imanes permanentes con alta remanencia y alta coercitividad intrínseca. Además, gracias al principio de atracción entre polos opuestos, los accionamientos magnéticos pueden construirse mediante transmisión sin contacto, lo que ofrece ventajas como la ausencia de fricción y ruido. Por lo tanto, los imanes de Nd-Fe-B de alto rendimiento se utilizan ampliamente en componentes de accionamiento de maquinaria minera, cojinetes magnéticos en giroscopios y turbinas de satélites y naves espaciales, y cojinetes de rotor en bombas centrífugas para asistir la función cardíaca en equipos médicos.
Aeroespacial
Los materiales magnéticos permanentes de tierras raras son indispensables para el lanzamiento de cohetes, el posicionamiento de satélites y las tecnologías de comunicación. El Nd-Fe-B sinterizado de alto rendimiento es particularmente útil en sistemas de transmisión/recepción de microondas para radar. Al aprovechar el efecto combinado de un campo magnético constante y un campo magnético de microondas alterno, se produce la resonancia ferromagnética, lo que permite la fabricación de circuladores de microondas, aisladores, etc. Electrónica de consumo
La electrónica de consumo 3C siempre ha sido una importante industria derivada del Nd-Fe-B sinterizado. Este material posee características como un alto producto de energía magnética, lo que se alinea con las tendencias de miniaturización, aligeramiento y reducción del grosor en los productos electrónicos de consumo 3C. Se utiliza ampliamente en componentes electrónicos como VCM, motores lineales para teléfonos móviles, cámaras, auriculares, altavoces y motores de accionamiento de husillo.
Reciclaje de residuos de neodimio, hierro y boro: un tesoro invaluable
Los imanes permanentes de neodimio-hierro-boro (NdFeB) se utilizan ampliamente en la generación de energía eólica, vehículos de nueva energía y productos electrónicos debido a sus excelentes propiedades magnéticas, lo que les ha valido el título de "Rey de los Imanes". Sin embargo, la tasa de desecho en el proceso de producción de imanes de NdFeB alcanza el 30%, y, sumado a su vida útil limitada, esto genera una gran cantidad de residuos de NdFeB.
Estos residuos contienen hasta un 30% de elementos de tierras raras, superando con creces el contenido de los minerales primarios de tierras raras, lo que los convierte en un recurso secundario de gran valor. La recuperación eficiente de elementos de tierras raras a partir de los residuos de NdFeB es crucial para garantizar la seguridad de estos recursos, reducir la contaminación ambiental y promover el desarrollo sostenible.
Características y fuentes de los residuos de NdFeB
Los residuos de NdFeB provienen principalmente de desechos, productos defectuosos y productos electrónicos desechados que contienen imanes durante el proceso de fabricación de estos. Su composición química es compleja. Además de los principales elementos de tierras raras, Nd y Pr, se suelen añadir elementos como Dy y Tb para mejorar la coercitividad, y otros como Co, Al y Cu para optimizar el rendimiento general. Según su contenido en elementos de tierras raras (ETR), los residuos de NdFeB se clasifican en tres categorías: bajo contenido en tierras raras (ETR < 20 %), contenido medio (20 %-30 %) y alto contenido (> 30 %).
Actualmente, los procesos de reciclaje de residuos de NdFeB se dividen principalmente en pirometalúrgicos, hidrometalúrgicos y tecnologías de reciclaje innovadoras.
(I) Procesos de reciclaje pirometalúrgico
El reciclaje pirometalúrgico separa los elementos de tierras raras del hierro mediante reacciones a alta temperatura. Los principales métodos incluyen la oxidación selectiva, la separación por cloración, la aleación líquida y la separación por fusión de escoria y metal.
La oxidación selectiva se basa en la mayor afinidad de los elementos de tierras raras por el oxígeno en comparación con el hierro. A altas temperaturas, los elementos de tierras raras se oxidan selectivamente para formar óxidos, que luego se separan del hierro metálico. Nakamoto et al. lograron preparar óxidos mixtos de tierras raras con una pureza superior al 95 % y una tasa de recuperación superior al 99 % mediante el control preciso de la presión parcial de oxígeno.
La separación por cloración aprovecha la fuerte afinidad entre los elementos de tierras raras y el cloro. Se utilizan agentes clorantes como NH₄Cl, FeCl₂ o MgCl₂ para convertir los elementos de tierras raras en cloruros antes de la separación. Uda utilizó FeCl₂ como agente clorante, reaccionando a 800 °C, y obtuvo una tasa de recuperación de tierras raras del 95,9 % y una pureza del producto superior al 99 %.
El método de aleación líquida aprovecha la diferencia de afinidad entre los elementos de tierras raras y el hierro por otros metales para lograr un enriquecimiento y una separación eficaces de los elementos de tierras raras y el hierro. El neodimio (Nd), un elemento de tierras raras, puede formar diversas aleaciones de bajo punto de fusión con plata (Ag), magnesio (Mg), etc.
El método de separación de metales por escoria se basa en la característica de que los elementos de tierras raras presentes en los residuos de NdFeB se combinan más fácilmente con el oxígeno. Todos los metales presentes en los residuos de NdFeB se convierten en óxidos metálicos. Simultáneamente, bajo la alta temperatura de un agente escorificante, los óxidos de hierro se convierten en hierro metálico (Fe) mediante el control de las condiciones reductoras.
(II) Proceso de recuperación húmeda
La recuperación húmeda es actualmente el método más utilizado, e incluye principalmente el método de disolución total, el método de disolución preferencial con ácido clorhídrico, el método de precipitación con doble sal y el método de extracción con solventes.
(III) Nuevos procesos de reciclaje
Las nuevas tecnologías de reciclaje buscan solucionar los problemas de alto consumo energético y alta contaminación asociados con los métodos tradicionales, como la explosión de hidrógeno, la biolixiviación y los métodos electroquímicos.
Comparación de diferentes procesos de reciclaje e impacto ambiental
Los procesos pirometalúrgicos presentan caudales cortos y gran capacidad de procesamiento, pero un alto consumo energético y dificultades para separar elementos de tierras raras individuales. Los procesos hidrometalúrgicos ofrecen altas tasas de recuperación y alta pureza del producto, pero un elevado consumo de ácido y altos costos de tratamiento de aguas residuales. Los procesos más recientes, como la biolixiviación y los métodos electroquímicos, son respetuosos con el medio ambiente, pero se encuentran principalmente en fase de laboratorio y aún no se han aplicado a gran escala.
En cuanto al impacto ambiental, los procesos de reciclaje tradicionales suelen utilizar ácidos y álcalis fuertes, así como altas temperaturas, generando grandes cantidades de residuos líquidos y gaseosos, lo que incrementa la carga ambiental. Por lo tanto, resulta crucial desarrollar procesos de reciclaje sostenibles y de bajo consumo.
El reciclaje de residuos de NdFeB es fundamental para paliar la escasez de recursos de tierras raras y reducir la contaminación ambiental. Mediante la innovación tecnológica y la orientación política, la industria del reciclaje de NdFeB evolucionará hacia procesos más sostenibles, de bajo costo, cortos y con altas tasas de recuperación, impulsando así el desarrollo sostenible.
Aplicación y desarrollo de materiales en polvo inorgánicos en la industria del caucho
El caucho se utiliza ampliamente en el transporte, la maquinaria, la electrónica, la defensa y otros sectores de la economía nacional. Sin embargo, también presenta importantes inconvenientes, como fuerzas intermoleculares débiles, gran volumen libre y escasa capacidad de autocristalización, lo que se traduce en baja resistencia y módulo, así como en una escasa resistencia al desgaste. Por lo tanto, es necesario añadir cargas inorgánicas no metálicas para satisfacer las necesidades de estas aplicaciones.
En general, las cargas inorgánicas no metálicas en el caucho cumplen principalmente las siguientes funciones: refuerzo, relleno (aumento de volumen) y reducción de costes, mejora del procesamiento, regulación de las características de vulcanización y confección de funciones especiales.
Cargas minerales inorgánicas no metálicas de uso común en el caucho
(1) Sílice
Actualmente, la sílice es el segundo agente de refuerzo más utilizado en la industria del caucho, después del negro de humo. Su fórmula química es SiO₂·nH₂O. Su estructura de partículas contiene numerosos poros. Cuando estos huecos tienen un tamaño de entre 2 nm y 60 nm, se combinan fácilmente con otros polímeros, razón principal por la que la sílice se utiliza como agente de refuerzo. Como tal, la sílice mejora notablemente la resistencia al desgaste y al desgarro de los materiales. También mejora significativamente las propiedades mecánicas de los neumáticos y se utiliza ampliamente en vehículos, instrumentos, la industria aeroespacial y otros campos.
(2) Carbonato de calcio ligero
El carbonato de calcio ligero es uno de los rellenos más antiguos y utilizados en la industria del caucho. Grandes cantidades de carbonato de calcio ligero añadido al caucho aumentan el volumen del producto, lo que permite ahorrar caucho natural, cuyo coste es elevado, y reducir los costes. El caucho con relleno de carbonato de calcio ligero alcanza una mayor resistencia a la tracción, al desgaste y al desgarro que los vulcanizados de caucho puro. Tiene un importante efecto de refuerzo tanto en el caucho natural como en el sintético, y también permite ajustar la consistencia. En la industria del cable, proporciona cierto grado de aislamiento. (3) Caolín
La caolinita es un aluminosilicato hidratado, un mineral arcilloso común. Su aplicación práctica en el caucho mejora la elasticidad, las propiedades de barrera, la elongación y la resistencia a la flexión. La adición de caolinita modificada al caucho de estireno-butadieno (SBR) mejora significativamente la elongación, la resistencia al desgarro y la dureza Shore del caucho, además de prolongar su vida útil.
(4) Arcilla
La arcilla se puede añadir durante la fabricación de neumáticos, según los requisitos del proceso de producción. Se utiliza como relleno para reducir costes. Sin embargo, debe ser arcilla activada para facilitar su unión con el caucho. La arcilla activada o modificada puede sustituir parcialmente al negro de humo en la formulación.
Los estudios muestran que, a medida que aumenta la cantidad de arcilla, la dureza, la tensión de tracción al 300 % y la resistencia a la tracción del compuesto de caucho disminuyen ligeramente, pero esto se puede compensar ajustando el sistema de vulcanización. Cuando se utiliza en formulaciones de bandas de rodadura, tras la optimización del sistema, también puede reducir la resistencia a la rodadura.
(5) Sulfato de bario
Puede mejorar eficazmente la resistencia al envejecimiento y a la intemperie de productos de caucho, como neumáticos y correas. Además, mejora la suavidad superficial de dichos productos. Como relleno de caucho en polvo, no solo mejora la tasa de aplicación, sino que también presenta ventajas económicas significativas.
(6) Talco
El talco en polvo se divide generalmente en talco industrial y talco ultrafino. El primero, como relleno de caucho, no actúa como refuerzo y su efecto en la mejora de las propiedades físicas del caucho es mínimo. Por lo tanto, el talco industrial se utiliza a menudo como agente separador. El talco ultrafino, en cambio, tiene un buen efecto de refuerzo. Si se utiliza como relleno de caucho, la resistencia a la tracción del caucho es equivalente al efecto producido por la sílice.
(7) Grafito
El grafito pertenece a los minerales no metálicos de silicato laminar y posee buena conductividad térmica, conductividad eléctrica y lubricidad. El uso de grafito como relleno de caucho implica un proceso similar al de la montmorillonita, donde el grafito se descompone en nanopartículas mediante una técnica especial. Al combinarse estas nanopartículas con la matriz de caucho, se mejoran diversas propiedades funcionales del mismo. Por ejemplo, la conductividad eléctrica, la conductividad térmica, la hermeticidad y las propiedades mecánicas aumentan significativamente.