Bagaimana cara memodifikasi permukaan bubuk silikon nitrida?
Modifikasi permukaan bubuk silikon nitrida terutama melibatkan perlakuan permukaan bubuk melalui berbagai metode fisika dan kimia untuk meningkatkan sifat fisika dan kimia partikel.
Modifikasi permukaan dapat mengurangi gaya tarik-menarik antar partikel bubuk, sehingga memungkinkan dispersi bubuk yang lebih baik dalam medium dan meningkatkan dispersibilitas bubur bubuk. Modifikasi permukaan juga dapat meningkatkan aktivitas permukaan bubuk silikon nitrida, meningkatkan kompatibilitasnya dengan zat lain, dan dengan demikian mengembangkan sifat-sifat baru.
Prinsip utama modifikasi permukaan bubuk adalah interaksi antara bubuk dan pengubah permukaan meningkatkan kebasahan permukaan bubuk dan meningkatkan dispersinya dalam media berair atau organik.
1. Modifikasi Pelapisan Permukaan
Teknologi modifikasi pelapisan permukaan memanfaatkan adsorpsi fisika atau kimia untuk melekatkan bahan pelapis secara merata pada permukaan objek yang dilapisi, membentuk lapisan pelapis yang seragam dan lengkap. Lapisan pelapis yang terbentuk selama proses pelapisan biasanya berupa lapisan tunggal.
Modifikasi pelapisan umumnya dikategorikan sebagai anorganik dan organik. Pelapisan anorganik terutama melibatkan pengendapan oksida atau hidroksida yang sesuai pada permukaan partikel keramik untuk memodifikasi serbuk, tetapi modifikasi ini hanya memengaruhi sifat fisiknya. Pelapisan organik, di sisi lain, melibatkan pemilihan zat organik sebagai bahan pelapis. Zat organik ini berikatan dengan gugus pada permukaan partikel serbuk dan secara selektif teradsorpsi ke permukaan, memberikan sifat lapisan pelapis pada serbuk.
Teknologi modifikasi ini menawarkan biaya rendah, langkah-langkah sederhana, dan kontrol yang mudah, tetapi hasil yang dihasilkan seringkali terbatas.
2. Perlakuan Asam dan Alkali Permukaan
Proses pencetakan keramik umumnya membutuhkan bubur keramik dengan kandungan padatan tinggi dan viskositas rendah. Kerapatan muatan pada permukaan serbuk secara signifikan memengaruhi reologi dan dispersibilitas bubur. Pencucian permukaan serbuk keramik (perlakuan asam dan basa) dapat mengubah sifat muatan permukaan serbuk. Sesuai namanya, metode modifikasi ini melibatkan pencampuran dan pencucian serbuk silikon nitrida secara menyeluruh dengan larutan asam atau basa dengan berbagai konsentrasi.
Pada saat yang sama, perlakuan alkali pada konsentrasi tertentu juga dapat bereaksi dengan permukaan serbuk keramik. Penelitian oleh Wang Yongming dkk. menunjukkan bahwa pencucian alkali dapat mengurangi kandungan silanol pada permukaan serbuk silikon karbida, menurunkan derajat oksidasinya, mengubah gaya tolak elektrostatik antar partikel, dan meningkatkan sifat reologi bubur.
3. Modifikasi Dispersan
Berdasarkan perbedaan antara berbagai jenis serbuk keramik, pemilihan dispersan yang tepat atau perancangan dispersan baru berperan penting dalam meningkatkan kandungan padatan bubur keramik. Jenis dan jumlah dispersan yang ditambahkan dapat mengubah efeknya secara signifikan terhadap sifat keramik.
Dispersan umumnya memiliki struktur hidrofilik dan hidrofobik, dan melalui interaksi antara gugus hidrofilik dan hidrofobik inilah mereka menyesuaikan sifat dispersi bubur keramik. Dispersan meliputi surfaktan atau elektrolit polimer, dengan surfaktan meliputi surfaktan kationik dan anionik.
Elektrolit polimer meliputi asam polivinil sulfonat, asam poliakrilat, polivinil piridina, dan polietilenaimina. Dispersan dapat mengalami reaksi adsorpsi dengan permukaan bubuk, termasuk adsorpsi kimia dan fisika, memanfaatkan gaya antarpartikel (gaya van der Waals dan tolakan elektrostatik) dan potensi efek sterik.
4. Modifikasi Hidrofobisitas Permukaan
Modifikasi hidrofobisitas permukaan melibatkan konversi gugus hidroksil dalam bubuk keramik menjadi gugus hidrofobik, seperti gugus hidrokarbon, gugus alkil rantai panjang, dan gugus sikloalkil. Gugus organik ini berikatan dengan permukaan bubuk keramik, memberikan efek hidrofobik yang kuat, memungkinkan dispersi yang lebih baik dalam media dispersi dan mencegah aglomerasi.
Ketika polimer dicangkokkan ke permukaan bubuk silikon nitrida, rantai polimer yang panjang menempel pada permukaan bubuk, sementara rantai hidrofilik di ujung lainnya meluas ke dalam media berair. Sepanjang proses dispersi, partikel bubuk mengalami tolakan antarpartikel dan halangan sterik yang diciptakan oleh rantai polimer yang panjang, sehingga menghasilkan dispersi bubur yang lebih baik.
Empat bidang aplikasi inovatif dan prospek Kaolin
Kaolin, mineral silikat berlapis 1:1, memiliki beragam sifat, termasuk dispersibilitas, plastisitas, sinterabilitas, sifat refraktori, pertukaran ion, dan stabilitas kimia, sehingga banyak digunakan di berbagai bidang industri. Saat ini, aplikasi kaolin terutama terkonsentrasi pada industri tradisional seperti keramik, pembuatan kertas, dan refraktori.
1. Komposit Berkinerja Tinggi
Penggunaan kaolin dalam komposit dapat meningkatkan sifat permukaan (seperti kapasitas adsorpsi) material.
Manfaat kaolin dalam komposit meliputi peningkatan adsorpsi, peningkatan sifat listrik, peningkatan stabilitas termal/ketahanan api, dan peningkatan stabilitas mekanis. Namun, aplikasi praktisnya masih menghadirkan tantangan, seperti dispersibilitas dan kompatibilitas antarmuka kaolin yang kurang memadai dalam komposit, yang dapat membatasi efektivitasnya.
Arah penelitian ke depan meliputi pengembangan teknologi modifikasi permukaan kaolin yang lebih efisien dan ramah lingkungan untuk meningkatkan dispersibilitas dan kompatibilitasnya dengan material matriks; Menjelajahi desain komposit multifungsi berbasis kaolin untuk memenuhi kebutuhan aplikasi spesifik, seperti pemanenan energi, pengolahan air limbah, dan keselamatan kebakaran; serta meningkatkan luas permukaan spesifik dan jumlah situs aktif kaolin melalui pemrosesan skala nano dan manipulasi molekuler, sehingga meningkatkan kinerjanya. Lebih lanjut, upaya perlu dilakukan untuk mendorong proses produksi komposit kaolin yang berbiaya rendah dan ramah lingkungan, serta mengintegrasikan teknologi manufaktur cerdas untuk mencapai aplikasi skala besar.
2. Material Berpori: Bidang Saringan Molekuler
Saringan molekuler adalah material dengan struktur pori teratur yang secara selektif menyerap berbagai molekul. Material ini banyak digunakan dalam penyulingan minyak, petrokimia, pertanian, dan pengolahan air. Kaolin, mineral alami yang umum dan murah yang kaya akan silika dan alumina, dapat langsung digunakan untuk mensintesis saringan molekuler zeolit. Dibandingkan dengan sumber silikon dan aluminium tradisional yang berpotensi beracun, kaolin tidak hanya ramah lingkungan tetapi juga mengurangi biaya dan menyederhanakan proses sintesis.
Kaolin tidak hanya mengaktifkan aktivitas silikat dan alumina melalui pra-perlakuan sederhana seperti kalsinasi dan pelindian asam, tetapi juga meningkatkan kinerja saringan molekuler melalui manipulasi agen templating dan optimasi suhu.
3. Biomedis
Kaolin adalah jenis mineral lempung nanosilikat yang dicirikan oleh biokompatibilitas yang sangat baik, luas permukaan spesifik yang tinggi, inertitas kimia, sifat koloid, dan tiksotropi. Di bidang biomedis, penelitian secara bertahap bergeser dari aplikasi pembawa obat dasar ke aplikasi biomedis yang lebih kompleks seperti terapi gen dan bioprinting 3D. Aplikasi kaolin telah berkembang dari dukungan fisik sederhana dan pelepasan obat menjadi sistem kompleks yang mendorong pertumbuhan sel dan pengiriman gen.
4. Penyimpanan Energi
Penyimpanan energi selalu menjadi topik hangat. Mencari solusi penyimpanan energi yang efisien dan berkelanjutan merupakan salah satu kunci untuk mengatasi tantangan energi global. Kaolin, dengan struktur dan multifungsinya yang unik, telah menjadi kandidat ideal untuk penyimpanan energi. Kaolin digunakan dalam berbagai perangkat penyimpanan energi seperti baterai litium-ion, superkapasitor, dan sel bahan bakar mikroba.
Prospek aplikasi kaolin di masa mendatang adalah sebagai berikut:
a. Penelitian dan pengembangan material inovatif akan berfokus pada teknologi nano-proses dan modifikasi permukaan kaolin, yang bertujuan untuk meningkatkan kinerjanya dalam bidang elektronik, penyimpanan energi, dan bidang lainnya. Misalnya, nanokomposit berbasis kaolin dapat dikembangkan dengan menggabungkannya dengan polimer atau material berbasis karbon untuk meningkatkan kekuatan mekanik dan konduktivitas.
b. Kaolin berpotensi memberikan solusi untuk permasalahan lingkungan seperti pengolahan air dan remediasi tanah, terutama dalam penghilangan logam berat dan penyerapan polutan.
c. Integrasi teknologi interdisipliner akan mendorong aplikasi inovatif kaolin dalam bidang biofarmasi, dengan mengintegrasikan bioteknologi untuk mengembangkan sistem penghantaran obat atau perancah bioaktif.
d. Dengan meningkatnya permintaan pasar akan material ramah lingkungan, perusahaan perlu memperkuat kolaborasi dengan lembaga litbang untuk mengubah penemuan inovatif menjadi produk yang kompetitif, seperti keramik kaolin tahan suhu tinggi atau komposit ringan.
e. Dengan penekanan global pada pembangunan berkelanjutan, dukungan kebijakan dan kelayakan ekonomi akan memengaruhi arah litbang dan penerapan kaolin. Oleh karena itu, industri perlu memantau ketersediaan sumber daya dan optimalisasi biaya secara ketat, sekaligus memperkuat manajemen risiko dan meningkatkan daya saing global untuk menghadapi lingkungan internasional yang kompleks.
Barium sulfat yang dimodifikasi SDS untuk penggunaan kosmetik
Pengap kosmetik merupakan bahan utama untuk mencapai efek seperti menutupi noda dan mencerahkan kulit; dispersibilitas dan stabilitasnya secara langsung memengaruhi kinerja dan masa simpan produk.
Barium sulfat banyak digunakan dalam kosmetik karena indeks biasnya yang tinggi, opasitas yang baik, dan stabilitas kimianya. Namun, kecenderungannya untuk menggumpal membatasi aplikasinya dalam kosmetik.
Penelitian ini menyelidiki dispersibilitas dan stabilitas barium sulfat dalam matriks kosmetik dengan menyiapkan barium sulfat ultrahalus menggunakan ball milling, dan mengoptimalkan modifikasi permukaan serta proses dispersi.
1. Metode Modifikasi
(1) Praperlakuan Barium Sulfat
Barium sulfat kelas industri dikeringkan dan diayak melalui saringan 200 mesh secara bertahap. Untuk setiap tahap, 100 g barium sulfat dicampur dengan 0,5 g asam stearat pada mesin penggiling dua rol selama 3 menit. Rol-rol tersebut kemudian disesuaikan hingga celah minimum dan dilewatkan sebanyak 6 kali, diikuti dengan lintasan terakhir dengan celah 2 mm, yang melengkapi pencampuran awal. Barium sulfat yang telah dicampur dikeringkan pada suhu 80°C selama 4 jam untuk mendapatkan produk pra-perlakuan.
(2) Modifikasi Permukaan
Dengan menggunakan 100 bagian formulasi dasar, berbagai proporsi barium sulfat pra-perlakuan ditambahkan dan dilakukan modifikasi permukaan pada suhu 60°C. Selama modifikasi, 1,5 bagian natrium dodesil sulfat ditambahkan, dan campuran tercampur rata. Rol-rol tersebut disesuaikan hingga celah minimum dan dilewatkan sebanyak 6 kali sebelum diratakan, menghasilkan barium sulfat termodifikasi.
(3) Persiapan Dispersi
Barium sulfat termodifikasi didispersikan ke dalam formulasi dasar dengan rasio yang berbeda-beda menggunakan kombinasi pengadukan mekanis dan dispersi ultrasonik. Secara spesifik, sejumlah barium sulfat termodifikasi ditimbang, ditambahkan ke air deionisasi, dan didispersikan secara ultrasonik selama 10 menit. Formulasi dasar kemudian ditambahkan perlahan sambil diaduk, dan campuran diaduk kembali selama 30 menit.
2. Proses Modifikasi Optimal dan Evaluasi Kinerja
(1) Proses Modifikasi Optimal
Melalui penelitian sistematis, kondisi proses optimal ditentukan: Barium sulfat kelas industri diayak melalui saringan 200 mesh dan dikeringkan pada suhu 60°C selama 4 jam. Natrium dodesil sulfat digunakan sebagai pengubah permukaan dengan dosis 1,5% dari berat barium sulfat, dan modifikasi dilakukan pada suhu 60°C selama 2 jam. Dalam proses dispersi, kadar barium sulfat dikontrol pada 15%–20%, suhu dispersi pada 60°C, waktu dispersi pada 15 menit, dan pH sistem dipertahankan pada 8,0–8,5. Kombinasi pengadukan mekanis dan dispersi ultrasonik digunakan.
Dalam kondisi ini, sistem dispersi yang dihasilkan menunjukkan karakteristik berikut: distribusi ukuran partikel yang seragam dengan ukuran partikel utama 0,8–1,2 μm; stabilitas dispersan yang baik tanpa sedimentasi yang signifikan dalam 7 hari; dan daya tutup yang sangat baik dengan lapisan film yang seragam dan kontinu.
(2) Evaluasi Aplikasi dalam Kosmetik
Dispersi barium sulfat yang telah disiapkan dievaluasi dalam formulasi kosmetik: Penambahan 15% dispersi barium sulfat yang dimodifikasi ke dalam krim alas bedak menghasilkan daya tutup yang baik dan pengalaman penggunaan yang menyenangkan, dengan kompatibilitas yang baik dengan matriks dasar dan tanpa pemisahan fase.
Penambahan 20% dispersi ke dalam formulasi concealer secara signifikan meningkatkan daya tutup, mempertahankan stabilitas yang baik, dan memberikan efek alami dan tahan lama.
Hasil evaluasi aplikasi menunjukkan bahwa dispersi barium sulfat yang disiapkan menggunakan proses yang dioptimalkan menunjukkan kinerja yang sangat baik dalam aplikasi kosmetik. ALPA mengkhususkan diri dalam penggilingan dan klasifikasi ultrahalus untuk memaksimalkan nilai produk Anda. Spesialisasi dalam penggilingan dan klasifikasi ultrahalus Barit.
Potensi montmorillonit di bidang energi baru
Montmorillonit (MMT) adalah mineral silikat berlapis. Dalam strukturnya, atom aluminium bervalensi tinggi dalam oktahedra aluminium-oksigen dapat dengan mudah digantikan oleh atom bervalensi lebih rendah, sehingga menghasilkan muatan negatif di antara lapisan-lapisannya. Untuk menjaga stabilitas struktur antarlapisan, montmorillonit mengadsorpsi kation seperti Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+, dan K+ dari lingkungan sekitarnya. Karakteristik ini memberikan montmorillonit kemampuan adsorpsi dan pertukaran kation yang kuat. Struktur dan kapasitas pertukaran yang unik ini memberikan montmorillonit potensi yang signifikan untuk aplikasi di bidang teknologi energi baru.
Bahan Baterai Litium
(1) Untuk Elektrolit Padat
Sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa montmorillonit (MMT), sebagai pengisi anorganik baru, dapat secara signifikan meningkatkan konduktivitas ionik dan sifat mekanik elektrolit polimer padat (SPE).
(2) Membangun Lapisan SEI Buatan
Dalam film antarmuka elektrolit padat (SEI) buatan, lapisan montmorillonit-litium (Li-MMT) memberikan sifat mekanis yang baik pada lapisan SEI dan menyediakan kanal transpor Li+, yang membantu menghambat pertumbuhan dendrit litium. Dengan memanfaatkan kanal Li+ yang cepat pada Li-MMT, sel penuh Li-LiFePO4 yang dirakit dengan lapisan SEI Li-MMT menunjukkan kinerja laju yang unggul, dan mempertahankan retensi kapasitas tinggi sebesar 90,6% setelah 400 siklus pada laju 1C.
(3) Optimasi Separator
MMT digunakan untuk mengoptimalkan separator karena sifat adsorpsinya yang sangat baik. Dibandingkan dengan separator PE komersial, separator yang dimodifikasi Li-MMT memiliki konsentrasi Li+ yang lebih tinggi pada antarmuka elektroda/elektrolit, yang mengurangi deposisi litium selektif, melemahkan kerapatan arus lokal, dan menghambat pertumbuhan dendrit.
(4) Mengoptimalkan Elektrolit Cair
Dalam sistem baterai logam litium, dibandingkan dengan elektrolit PEO, montmorilonit menunjukkan afinitas yang lebih kuat terhadap litium logam, dengan potensi zeta +26 mV, yang mendorong pengayaan ion litium di dekat permukaan montmorilonit. Dengan adsorpsi dan pemisahan ion litium, overpotensial sedikit meningkat menjadi -57,7 mV, yang mengarahkan ion litium untuk bermigrasi dari montmorilonit dan mengendap di permukaan kolektor arus tembaga.
(5) Material Pembawa
Superkapasitor
Material Templat
Beberapa mineral alami memiliki morfologi spesifik, seperti atapulgit, montmorilonit, haloisit, dan diatomit, yang umumnya digunakan sebagai templat untuk mensintesis material karbon berpori dengan morfologi spesifik. Lebih lanjut, polimer konduktif dengan morfologi spesifik dapat disintesis menggunakan metode templat mineral. (2) Material Pembawa Elektroda
Untuk mendapatkan material aktif dengan morfologi spesifik, sekaligus meningkatkan kapasitansi spesifik dan stabilitas siklus, material aktif dapat dimuat ke permukaan mineral seperti montmorilonit dan haloisit.
Material Penyimpanan Metana
Saat ini, para peneliti sedang menjajaki penggunaan teknologi penyimpanan gas alam berbasis adsorpsi, yang ekonomis, praktis, dan aman, sebagai alternatif teknologi gas alam terkompresi dan gas alam cair tradisional. Studi telah menunjukkan bahwa mineral lempung berperan positif dalam pembentukan dan pengembangan reservoir gas serpih dan memiliki kemampuan penyimpanan gas.
Material Elektrokatalitik
Elektrokatalisis adalah jenis katalisis yang mempercepat reaksi transfer muatan pada antarmuka elektroda/elektrolit, dan telah banyak digunakan dalam berbagai bidang seperti evolusi hidrogen elektrokimia, evolusi oksigen, dan reduksi NOx. Mineral lempung seperti montmorillonit telah banyak digunakan sebagai pembawa komponen reaksi elektroda fotoelektrokatalitik untuk mencegah agregasi partikel, meningkatkan stabilitas molekul sensitizer, dan meningkatkan selektivitas reaksi.
Material Penyimpan Energi Termal Perubahan Fasa
Material penyimpan energi termal perubahan fasa (PCM) adalah jenis material fungsional baru yang memanfaatkan penyerapan atau pelepasan panas selama perubahan fasa untuk penyimpanan dan pelepasan energi termal. Mineral alami memainkan peran penting dalam bidang penyimpanan energi termal perubahan fasa. Di satu sisi, mineral alami sendiri merupakan material perubahan fasa anorganik yang sangat baik, dan dapat diolah menjadi material penyimpan energi termal perubahan fasa berkinerja tinggi setelah menambahkan agen nukleasi dan pengental yang sesuai. Di sisi lain, struktur mineral yang berpori dapat berfungsi sebagai pembawa yang sangat baik untuk material penyimpan energi termal perubahan fasa.
Modifikasi pelapisan bubuk titanium dioksida
Modifikasi permukaan bubuk titanium dioksida (titanium putih) merupakan metode penting untuk meningkatkan kinerjanya (seperti dispersibilitas, ketahanan cuaca, kilap, dan stabilitas kimia). Teknik modifikasi permukaan yang umum dapat dikategorikan secara luas menjadi tiga jenis: pelapisan anorganik, pelapisan organik, dan pelapisan komposit. Berikut ini adalah klasifikasi terperinci dan pengantar singkat dari metode-metode ini:
Modifikasi Pelapisan Anorganik
Metode ini melibatkan pelapisan permukaan partikel titanium dioksida dengan lapisan oksida atau garam anorganik, yang membentuk penghalang fisik untuk meningkatkan stabilitas kimia dan sifat optiknya.
1. Pelapisan Oksida
Prinsip: Hidrat oksida logam (seperti SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, dll.) diendapkan ke permukaan partikel titanium dioksida, membentuk lapisan pelapis yang seragam.
Proses: Umumnya, metode deposisi fase cair digunakan, di mana garam logam (seperti natrium silikat, aluminium sulfat) ditambahkan ke dalam bubur titanium dioksida, dan pH disesuaikan untuk mengendapkan hidrat oksida logam ke permukaan.
2. Pelapisan Oksida Komposit
Prinsip: Pelapisan dengan dua atau lebih oksida logam (seperti Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂, dll.), menggabungkan keunggulan masing-masing komponen.
Fitur: Performa keseluruhan yang unggul; misalnya, pelapisan Al₂O₃-SiO₂ dapat secara bersamaan meningkatkan dispersibilitas dan ketahanan cuaca, cocok untuk pelapis otomotif dan pelapis koil yang menuntut.
3. Pelapisan Garam
Prinsip: Menggunakan garam logam (seperti fosfat, silikat, sulfat, dll.) untuk membentuk lapisan garam yang tidak larut pada permukaan partikel titanium dioksida.
Modifikasi Pelapis Organik
Metode ini melibatkan reaksi senyawa organik dengan gugus hidroksil pada permukaan titanium dioksida, membentuk lapisan molekul organik untuk meningkatkan kompatibilitasnya dengan media organik. 1. Pelapisan dengan Agen Penggandeng
Prinsip: Dengan memanfaatkan struktur amfifilik agen penggandeng (seperti silana, titanat, dan aluminat), salah satu ujungnya mengikat gugus hidroksil pada permukaan titanium dioksida, sementara ujung lainnya bereaksi dengan matriks organik (misalnya, resin, polimer).
Fungsi:
Agen penggandeng silana: Meningkatkan dispersibilitas titanium dioksida dalam sistem berair, yang umumnya digunakan dalam pelapis dan tinta berbasis air.
Agen penggandeng titanat/aluminat: Meningkatkan kompatibilitas dalam sistem berminyak seperti plastik dan karet, mengurangi penggumpalan selama pemrosesan.
2. Pelapisan Surfaktan
Prinsip: Surfaktan (seperti asam lemak, sulfonat, dan garam amonium kuarterner) melekat pada permukaan titanium dioksida melalui adsorpsi fisik atau reaksi kimia, membentuk lapisan muatan atau lapisan hidrofobik.
3. Pelapisan Polimer
Prinsip: Mencangkok polimer (seperti akrilat, resin epoksi, dan siloksana) ke permukaan titanium dioksida melalui reaksi polimerisasi.
Fungsi:
Membentuk lapisan pelapis tebal, yang selanjutnya melindungi dari serangan kimia dan meningkatkan ketahanan cuaca serta sifat mekanis.
Meningkatkan kompatibilitas dengan resin tertentu, cocok untuk komposit dan pelapis berkinerja tinggi.
4. Pelapisan Organosilikon
Prinsip: Memanfaatkan energi permukaan rendah dari polisiloksana (minyak silikon, resin silikon, dll.) untuk melapisi partikel titanium dioksida.
Fungsi: Mengurangi tegangan permukaan, meningkatkan dispersibilitas dan pelumasan, umumnya digunakan dalam tinta dan kosmetik.
Modifikasi Pelapis Komposit
Menggabungkan keunggulan pelapis anorganik dan organik, proses pelapisan ganda (berurutan atau simultan) menghasilkan kinerja yang saling melengkapi.
1. Pelapisan Berurutan Anorganik-Organik
Proses: Pertama, bentuk penghalang fisik dengan oksida anorganik (misalnya, SiO₂), kemudian lakukan modifikasi organik dengan agen penggandeng atau polimer.
Fitur: Menyeimbangkan ketahanan cuaca dan kompatibilitas, cocok untuk pelapis arsitektur berkinerja tinggi atau cat OEM otomotif. 2. Pelapisan Simultan Anorganik-Organik
Proses: Agen pelapis anorganik dan organik dimasukkan secara bersamaan ke dalam sistem reaksi yang sama untuk membentuk struktur inti-cangkang.
Fitur: Lapisan pelapis menunjukkan daya rekat yang lebih kuat dan kinerja yang jauh lebih baik, cocok untuk aplikasi kelas atas (misalnya, pelapis kedirgantaraan, nanokomposit).
Teknologi Pelapisan Khusus Lainnya
1. Pelapisan Nanopartikel
Prinsip: Penggunaan nanopartikel (misalnya, nano-SiO₂, nano-ZnO) untuk pelapisan meningkatkan perlindungan UV dan transparansi, yang umum digunakan dalam kosmetik tabir surya dan pelapis optik.
2. Mikroenkapsulasi
Prinsip: Mengenkapsulasi partikel titanium dioksida dalam mikrokapsul polimer, melepaskan titanium dioksida dengan mengendalikan kondisi pecahnya kapsul (misalnya, suhu, pH), cocok untuk pelapis pintar dan sistem pelepasan terkendali.
Pemilihan metode pelapisan yang berbeda bergantung pada aplikasi (misalnya, pelapis, plastik, tinta, kosmetik) dan persyaratan kinerja (ketahanan cuaca, dispersibilitas, kompatibilitas, dll.).
Enam metode modifikasi utama nano zinc oxide
Nano seng oksida adalah jenis baru material kimia anorganik halus yang fungsional. Karena ukuran partikelnya yang kecil dan luas permukaan spesifiknya yang besar, nano seng oksida memiliki sifat fisikokimia yang unik dalam kimia, optik, biologi, dan elektronik. Nano seng oksida banyak digunakan dalam aditif antimikroba, katalis, karet, pewarna, tinta, pelapis, kaca, keramik piezoelektrik, optoelektronik, dan aplikasi kimia sehari-hari, serta memiliki potensi besar untuk dikembangkan dan dimanfaatkan.
Namun, karena luas permukaan spesifiknya yang besar dan energi permukaan spesifiknya yang tinggi, nano seng oksida menunjukkan polaritas permukaan yang kuat, rentan terhadap penggumpalan sendiri, dan sulit terdispersi secara merata dalam media organik, sehingga secara signifikan membatasi efek nano-nya. Oleh karena itu, dispersi dan modifikasi permukaan serbuk nano seng oksida merupakan perlakuan penting sebelum nanomaterial dapat diaplikasikan dalam matriks.
1. Modifikasi Surfaktan
Modifikasi surfaktan melibatkan interaksi elektrostatik surfaktan untuk membentuk lapisan organik pada permukaan nanomaterial, sehingga meningkatkan kompatibilitasnya dengan matriks organik.
Meskipun modifikasi surfaktan merupakan proses yang sederhana, efektivitasnya umumnya rendah, sehingga sulit untuk membentuk lapisan yang stabil dan kuat pada permukaan nanomaterial.
2. Modifikasi Mekanokimia
Modifikasi mekanokimia menggunakan gaya mekanis untuk mengubah sifat fisik dan kimia nanomaterial, sehingga meningkatkan afinitas dan reaktivitasnya dengan zat lain.
Namun, modifikasi mekanokimia biasanya membutuhkan waktu yang lama dan umumnya memberikan hasil yang buruk untuk nanomaterial.
3. Modifikasi Energi Tinggi
Modifikasi energi tinggi melibatkan polimerisasi monomer senyawa organik menggunakan plasma atau radiasi, yang kemudian melapisi permukaan nanomaterial.
Modifikasi energi tinggi umumnya memberikan hasil yang lebih baik daripada dua metode sebelumnya, tetapi memiliki kekurangan seperti konsumsi energi yang tinggi dan kesulitan teknis.
4. Modifikasi Esterifikasi
Esterifikasi adalah metode modifikasi permukaan yang memanfaatkan gugus asam karboksilat dalam pengubah seperti asam lemak tinggi atau asam organik tak jenuh untuk bereaksi dengan gugus hidroksil pada permukaan nanomaterial guna mencapai esterifikasi.
Metode esterifikasi ini sederhana, tetapi efek modifikasinya kurang baik dan biasanya perlu digunakan bersama dengan agen penggandeng.
5. Pencangkokan Polimer
Pencangkokan polimer melibatkan pencangkokan monomer polimer ke permukaan nanomaterial, kemudian memulai reaksi polimerisasi untuk memperpanjang rantai karbon, dan akhirnya memungkinkan polimer untuk melapisi seluruh nanomaterial.
Metode pencangkokan polimer ini rumit untuk dioperasikan, dan efek modifikasinya dipengaruhi oleh berbagai faktor, sehingga sulit untuk diterapkan secara luas.
6. Modifikasi Agen Penggandeng
Agen penggandeng didasarkan pada unsur silikon atau logam, dengan dua gugus berbeda di kedua sisinya yang dapat terhubung dengan matriks anorganik dan organik. Ketiga komponen ini bekerja sama untuk mencapai modifikasi kimia nanomaterial. Nano-seng oksida dimodifikasi dengan agen penggandeng silana APS. Nano-seng oksida yang dimodifikasi dan tidak dimodifikasi didispersikan dalam etanol anhidrat untuk menyiapkan tinta cetak yang akan digunakan sebagai material lapisan transpor elektron dalam sel fotovoltaik. Kinerja kedua tinta tersebut kemudian dibandingkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nano-seng oksida yang dimodifikasi terdispersi lebih baik dalam etanol anhidrat dan tetap teraglomerasi selama 12 bulan. Material lapisan transpor elektron yang disiapkan dengan agen ini menunjukkan efisiensi transfer elektron yang lebih tinggi dan dapat memenuhi standar kinerja perangkat pada ketebalan yang lebih tipis.
Nano-seng oksida dimodifikasi secara kimia menggunakan agen penggandeng silana yang mengandung gugus fungsi glisiloksi dan amino. Nano-seng oksida yang dimodifikasi dan tidak dimodifikasi dimasukkan ke dalam lapisan epoksi untuk pengujian ketahanan cuaca. Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan epoksi yang mengandung nano-seng oksida yang dimodifikasi dengan agen penggandeng glisiloksi silana menunjukkan perubahan sudut kontak, warna, dan gugus karbonil yang jauh lebih kecil setelah 450 jam pelapukan yang dipercepat, menunjukkan peningkatan ketahanan pelapukan yang signifikan dibandingkan dengan lapisan epoksi yang mengandung nano-seng oksida yang tidak dimodifikasi.
Metode agen penggandeng merupakan metode modifikasi yang paling menjanjikan karena prosesnya yang sederhana, efek modifikasi yang baik, dan biaya yang rendah.
Dengan membandingkan berbagai metode modifikasi permukaan yang telah disebutkan, dan mempertimbangkan efek modifikasi serta tingkat kesulitannya, dapat disimpulkan bahwa metode esterifikasi dan metode agen penggandeng lebih cocok untuk modifikasi permukaan nanomaterial.
Alumina yang dikalsinasi telah menjadi pendukung penting bagi pengembangan industri keramik
Alumina kalsinasi, material non-logam anorganik yang terbuat dari alumina industri yang dikalsinasi pada suhu tinggi, memiliki banyak sifat luar biasa. Pertama, kekerasannya yang tinggi merupakan salah satu keunggulannya. Kekerasan Mohs-nya mencapai 9, kedua setelah intan. Hal ini membuat produk keramik yang terbuat darinya sangat tahan aus, mempertahankan penampilan yang baik dan stabilitas struktural dalam penggunaan jangka panjang. Kedua, alumina kalsinasi memiliki ketahanan suhu tinggi yang sangat baik, mampu menahan suhu di atas ribuan derajat Celcius tanpa deformasi atau kerusakan, karakteristik yang membuatnya sangat berguna dalam bidang keramik suhu tinggi. Lebih lanjut, alumina kalsinasi menunjukkan stabilitas kimia yang sangat baik dan tidak rentan terhadap reaksi kimia dengan zat lain, sehingga memastikan kinerja produk keramik yang stabil.
Fungsi Utama Alumina Kalsinasi dalam Glasir
Karena kemurniannya yang tinggi, kekerasannya yang tinggi, dan stabilitas kimianya yang sangat baik, alumina kalsinasi banyak digunakan dalam glasir, terutama untuk keramik rumah tangga, keramik arsitektur, dan keramik khusus. Dalam aplikasi praktis, alumina kalsinasi tidak hanya meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus permukaan glasir secara signifikan, secara efektif mengurangi goresan dan keausan selama penggunaan, sehingga memperpanjang masa pakai produk keramik; alumina kalsinasi juga meningkatkan stabilitas kimia glasir, mengurangi risiko korosi asam dan alkali, serta meningkatkan ketahanan noda dan daya tahan produk. Lebih lanjut, penambahan alumina kalsinasi yang tepat dapat menyesuaikan suhu leleh dan viskositas glasir, meningkatkan fluiditasnya, menghindari cacat seperti lubang jarum dan penyusutan glasir, serta menghasilkan permukaan glasir yang lebih halus dan rata. Lebih lanjut, sifat optiknya yang unik dapat membantu mengontrol kilap glasir, menambahkan tekstur halus pada glasir matte dan meningkatkan keseragaman kilap glasir glossy untuk memenuhi persyaratan desain berbagai produk keramik.
Dalam aplikasi pigmen, alumina kalsinasi dapat menyediakan pembawa yang stabil untuk pigmen oksida logam (seperti oksida besi dan oksida kobalt), menghambat penguapan atau difusi pigmen pada suhu tinggi, dan mencegah glasir dari blooming dan pemudaran warna. Terutama pada glasir suhu tinggi, ia dapat mengunci konsentrasi warna dan konsistensi nada, membantu mencapai efek dekoratif keramik yang kaya dan tahan lama. Ini merupakan pendukung utama dalam mendorong pengembangan glasir berwarna keramik menuju kinerja dan stabilitas tinggi.
Mekanisme aksi oksida tanah jarang dalam refraktori magnesia-kalsium
Sifat suatu unsur menentukan kinerjanya, dan unsur tanah jarang pun demikian. Kinerjanya berkaitan erat dengan sifat-sifatnya. Faktor utama yang menentukan sifat fisiknya (seperti kekerasan, struktur kristal, dan titik lebur) adalah jari-jari atom dan ionnya. Logam tanah jarang memiliki titik lebur tinggi yang meningkat seiring bertambahnya nomor atom, meskipun tren ini tidak terlalu konsisten. Unsur tanah jarang biasanya kehilangan elektron pada orbital s dan d terluarnya, membentuk keadaan valensi +3, sehingga membentuk oksida tanah jarang. Keadaan valensi +3 ini merupakan keadaan oksidasi karakteristik unsur tanah jarang. Oksida tanah jarang memiliki titik lebur di atas 2000°C dan bersifat nonvolatil. Oksida ini merupakan semikonduktor konduktif campuran dengan konduktivitas elektronik dan ionik. Konduktivitas elektronik mengacu pada konduksi elektron dan hole, sedangkan konduktivitas ionik mengacu pada pergerakan ion oksigen dalam kekosongan oksigen, yang pada dasarnya merupakan konduksi ion oksigen.
Selain menggunakan unsur tanah jarang secara langsung sebagai komponen matriks atau pusat fungsional berdasarkan sifat optik dan magnetik elektron 4f, sifat kimianya, seperti reaktivitas kimia dan radius ionik yang besar, juga dapat dimanfaatkan untuk memodifikasi struktur mikro material, sehingga meningkatkan kinerjanya. Keramik semikonduktor fungsional terdoping tanah jarang merupakan contoh utama. Penambahan oksida tanah jarang ke material refraktori tidak hanya meningkatkan dan memperbaiki kekuatan dan ketangguhan inheren material, tetapi juga mengurangi suhu sintering dan biaya produksi.
Karena sifat non-toksisitasnya, efisiensi tinggi, dan sifat fisik serta kimianya yang unik, senyawa tanah jarang semakin banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, berkembang dari aplikasi primer dalam metalurgi, teknik kimia, dan keramik hingga aplikasi lanjutan dalam material komposit berkinerja tinggi seperti penyimpanan hidrogen dan pendaran cahaya. Penelitian tentang penerapan oksida tanah jarang dalam material keramik telah menarik perhatian luas. Studi telah menunjukkan bahwa penambahan oksida tanah jarang secara signifikan meningkatkan kinerja material keramik, memastikan kualitas dan kinerjanya untuk beragam aplikasi. Lebih lanjut, oksida tanah jarang, sebagai fluks, dapat meningkatkan sintering, memperbaiki struktur mikro keramik, serta memberikan doping dan modifikasi.
Oksida tanah jarang, sebagai aditif, meningkatkan sifat material refraktori, menunjukkan manfaat unik dan signifikan dalam meningkatkan kinerja dan memberikan fungsi baru. Penambahan sejumlah kecil oksida tanah jarang meningkatkan densitas refraktori magnesia-kalsium, sehingga meningkatkan densitas dan ketahanan korosinya.
Oksida tanah jarang digunakan sebagai aditif dalam refraktori magnesia-kalsium untuk meningkatkan sinterabilitas, kekompakan, struktur mikro, komposisi fase kristal, kekuatan lentur suhu ruang, dan ketangguhan patah, sehingga memenuhi persyaratan kinerja pasar untuk refraktori magnesia-kalsium. Terdapat tiga mekanisme utama untuk menambahkan oksida tanah jarang ke material refraktori magnesium-kalsium. (1) Aditif sebagai fluks dapat meningkatkan sintering. Suhu sintering bahan refraktori magnesium-kalsium umumnya tinggi, dan terdapat banyak faktor yang tidak mendukung densifikasi selama proses sintering. Penambahan oksida tanah jarang dapat mengatasi masalah ini. Karena sifat unik oksida tanah jarang, penambahan oksida tanah jarang ke bahan refraktori dapat mengubah struktur internalnya, sehingga mendorong sintering bahan refraktori magnesium-kalsium. (2) Oksida tanah jarang dapat memperbaiki struktur mikro bahan refraktori magnesium-kalsium. Penambahan oksida tanah jarang dapat memperbaiki struktur mikro internal bahan refraktori. Hal ini mengurangi laju migrasi batas butir, menghambat pertumbuhan butir, dan mendukung pembentukan struktur padat. (3) Modifikasi doping oksida tanah jarang. Doping oksida tanah jarang dalam proses pembuatan bahan refraktori akan menyebabkan perubahan bentuk kristal sampel, sehingga menyebabkan perubahan volumenya. Perubahan ini dapat meningkatkan ketahanan tekuk dan ketangguhannya secara signifikan. Penelitian tentang penambahan aditif untuk meningkatkan dan mengoptimalkan sifat material yang relevan dalam proses persiapan material refraktori selalu menarik perhatian. Dalam penelitian ini, fokus utamanya adalah pada permasalahan bahwa bahan baku pasir kalsium magnesia sulit disinter dan mudah terhidrasi. Aditif utama meliputi ZrO2, Fe2O3, Al2O3, oksida tanah jarang, dll.
Aplikasi barium sulfat di 10 industri
Barium sulfat adalah istilah yang asing bagi kebanyakan orang, dan bahkan mereka yang kurang familiar dengan kimia pun mungkin menganggapnya sebagai bahan kimia berbahaya. Namun, barium sulfat ada di mana-mana dalam kehidupan kita sehari-hari, seringkali muncul dalam bentuk produk manufaktur. Misalnya, sebagian besar produk plastik di rumah kita, AC, suku cadang mobil plastik, kantong plastik supermarket, cat, pelapis, dan kaca, semuanya mungkin mengandung barium sulfat.
Aplikasi barium sulfat dalam sepuluh industri utama
1. Industri Perminyakan: Bubuk barit 200 mesh dan 325 mesh untuk aditif lumpur pengeboran lapangan minyak dan gas.
2. Industri Kimia: Pabrik garam barit menggunakan barit sebagai bahan baku untuk memproduksi litopon, barium sulfat terpresipitasi, dan barium karbonat.
3. Industri Cat dan Pelapis: Barit dapat digunakan sebagai pengisi dalam cat dan pelapis, menggantikan bahan baku yang lebih mahal seperti barium sulfat terpresipitasi, litopon, titanium dioksida, dan silika teraktivasi. Barit cocok untuk mengendalikan viskositas cat dan menghasilkan warna yang cerah dan stabil.
4. Industri Plastik: Barit dapat digunakan sebagai pengisi pada bahan baku plastik ABS, memberikan kilau cemerlang sekaligus meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan ketahanan aus.
5. Industri Karet: Bubuk barit dengan ukuran mesh di bawah 500 dapat digunakan secara luas sebagai pengisi pada produk karet, mengurangi biaya sekaligus meningkatkan kekerasan, ketahanan terhadap asam dan alkali, serta ketahanan terhadap air. Barit juga memberikan penguatan yang sangat baik untuk karet alam dan sintetis.
6. Industri Kertas: Bubuk barit yang sangat halus dapat digunakan sebagai pengisi dan pelapis pada papan tulis dan kertas berlapis untuk meningkatkan warna putih dan daya tutup permukaan. Spesifikasi produk: 325 mesh, 400 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1250 mesh, 1500 mesh, 2000 mesh, 2500 mesh, 3000 mesh, 4000 mesh, 5000 mesh, 6000 mesh.
7. Industri Semen
Penambahan mineralizer komposit barit dan fluorit ke dalam produksi semen dapat meningkatkan warna putih dan kekuatan semen. Mineralizer ini dapat digunakan untuk membuat semen barium, mortar barit, dan beton barit, yang dapat digunakan pada bangunan yang membutuhkan perlindungan sinar-X.
8. Industri Kaca
Barium dapat digunakan sebagai deoksidasi, penjernih, dan fluks untuk meningkatkan stabilitas optik, kilap, dan kekuatan kaca.
9. Industri Konstruksi
Barium dapat digunakan sebagai agregat beton, material perkerasan jalan, untuk memperkuat pipa yang terkubur di daerah rawa, dan sebagai pengganti lembaran timbal dalam pelindung di fasilitas nuklir, pembangkit listrik tenaga nuklir, dan laboratorium sinar-X, sehingga memperpanjang umur permukaan jalan.
10. Industri Keramik
Bubuk barit juga dapat digunakan sebagai pengisi berkualitas tinggi dalam industri keramik dan industri lainnya. Saat ini, penggunaan barium sulfat dalam industri keramik semakin menurun, sementara penggunaan bubuk wollastonit semakin meningkat.
Aplikasi dalam sepuluh industri yang disebutkan di atas semuanya sangat penting dan esensial bagi penghidupan masyarakat. Hal ini menunjukkan peran penting dan luasnya jangkauan aplikasi barium sulfat, bubuk mineral non-logam anorganik.
Banyak digunakan dalam industri keramik - Black Talc
Talk hitam umumnya terdiri dari talk, kuarsa, kalsit, sepiolit, dan karbon organik, dengan warna berkisar antara hitam hingga hitam keabu-abuan.
Komponen kimia utama talk hitam adalah magnesium oksida, silikon oksida, aluminium oksida, besi oksida, titanium oksida, natrium oksida, dan kalium oksida.
Aplikasi Talk Hitam
(1) Bahan Baku untuk Industri Keramik
Kinerja pengolahan talk hitam tak tergantikan oleh bahan lain. Porselen putih tinggi dan porselen tulang yang dibakar dengan talk hitam juga disebut porselen talk atau porselen magnesium.
(2) Pengisi untuk Produk Karet
Sebagai pengisi untuk produk karet, bubuk talk hitam memiliki dispersibilitas yang baik dan sifat penguat tertentu.
(3) Pengisi untuk Produk Plastik
Pengisi plastik menggunakan dua jenis produk talk hitam, yaitu bubuk talk hitam dan bubuk talk hasil pembakaran.
(4) Pengisi untuk Pelapis
Karena talk memiliki tekstur yang lembut, tingkat abrasivitas yang rendah, serta suspensi dan dispersibilitas yang baik, talk mulai digunakan dalam pelapis.
(5) Lainnya
Selain digunakan secara luas dalam industri-industri di atas, talk hitam juga dapat digunakan sebagai pengisi dan penyerap dalam industri-industri seperti bahan baku kedap air, pupuk, pestisida, dan bahan kimia halus.
Kalsinasi dan Pemutihan Talk Hitam
Tujuan utama pengolahan talk hitam adalah untuk meningkatkan tingkat keputihannya. Tingkat keputihan alami talk hitam sekitar 50% atau bahkan lebih rendah, sehingga penggunaannya secara luas terbatas pada aplikasi dalam industri seperti keramik dan karet. Sebagai pengisi, talk harus memiliki tingkat keputihan yang tinggi. Untuk memperluas aplikasinya, langkah-langkah yang tepat harus diambil untuk meningkatkan tingkat keputihannya. Kalsinasi, yang kemudian meningkatkan tingkat keputihannya dan mengubah sifat fisiknya, meningkatkan nilai tambahnya.
Saat ini, metode utama untuk meningkatkan tingkat keputihan talk hitam adalah kalsinasi. Tujuan utama kalsinasi adalah untuk menghilangkan karbon organik dari talk, mencapai tingkat keputihan yang memenuhi persyaratan industri dan memperluas aplikasinya. Setelah kalsinasi, tingkat keputihan mencapai 95%, menghasilkan sifat tahan api, tahan panas, insulasi, adhesi, adsorpsi, dan pelumasan yang sangat baik. Kalsinasi cocok untuk aplikasi dalam pembuatan kertas, keramik, plastik, cat, pelapis, farmasi, kosmetik, kedirgantaraan, permesinan, elektronik, komputer, dan dekorasi arsitektur.
Proses Kalsinasi Talk Hitam
Kalsinasi dan penggilingan adalah dua proses yang digunakan dalam pemrosesan talk hitam dengan tingkat keputihan tinggi dan ultrahalus. Tergantung pada urutan pelaksanaannya, terdapat dua proses utama: kalsinasi diikuti dengan penggilingan ultrahalus, dan penggilingan ultrahalus diikuti dengan kalsinasi.
Proses Kalsinasi-sebelum-penggilingan
Keunggulannya adalah kesederhanaan dan biaya pemrosesan yang rendah. Namun, setelah penggilingan dan klasifikasi ultra-halus, produk talk yang dihasilkan memiliki tingkat keputihan sekitar 85%, jauh di bawah tingkat keputihan yang diinginkan, yaitu 95%, setelah kalsinasi.
Proses Penggilingan Sebelum Kalsinasi
Keunggulannya adalah keseragaman warna putih yang lebih baik setelah kalsinasi, dengan tingkat keputihan di atas 92%. Namun, proses ini rentan terhadap penggumpalan atau noda putih kemerahan.