개질 – 나노 알루미나를 더욱 완벽하게 만들기

나노 알루미나는 새로운 유형의 고기능성 미세 무기 재료입니다. 나노 알루미나 분말이 1980년대 중반에 개발된 이후, 사람들은 이 첨단 소재에 대한 이해를 심화시켜 왔으며, 고경도, 고강도, 내열성, 내식성 등 다양한 특성을 발견했습니다. 따라서 항공우주, 국방, 화학 산업, 마이크로전자 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

나노 알루미나의 실제 응용 분야에서 분말의 개질은 항상 매우 중요한 작업이었습니다.

개질의 이유는 무엇일까요?

우선, 나노 알루미나는 다양한 특성을 가진 나노 소재로서, 매우 작은 입자 크기와 큰 표면 에너지로 인해 응집되기가 매우 쉽습니다. 응집 현상이 특히 심각할 경우, 나노 소재 알루미나의 특성에 큰 영향을 미칩니다.

또한, 나노 알루미나는 생물의약품 연구를 위한 바이오필름으로 활용될 수 있지만, 균형 잡힌 표면 전하를 가진 결정의 표면 전하는 격자 결함으로 인해 불균일하게 분포됩니다. 표면 전하 결함과 공간 전하 영역이 미크론 단위로 축적되면 격자 형태의 쌍극자 모멘트가 발생합니다. 생물학적 물질이 이러한 분말 표면에 접촉하면 농축(enrichment) 현상이 발생하여 기공 막힘 및 막 오염을 유발합니다.

더 나아가, 알루미나의 절연성과 높은 강도는 코팅 및 고무와 같은 재료의 경도, 절연성, 연성 및 내마모성을 향상시키기 위한 필러로 사용됩니다. 그러나 알루미나는 극성 물질이며 비극성 고분자 재료와의 상용성이 낮습니다.

따라서 알루미나의 표면 개질은 많은 관심을 받고 있습니다.

표면 개질은 물리적 또는 화학적 방법을 통해 고체 입자를 표면 처리하는 것을 의미하며, 즉 응용 분야에 따라 입자 표면의 물리적, 화학적 특성과 표면 형태를 의도적으로 변화시키는 과정입니다. 현재 가장 실용적인 개질 방법은 두 가지입니다. 첫 번째 방법은 주로 유기 개질제를 사용하기 때문에 표면 유기 개질이라고 하며, 두 번째 방법은 무기 코팅 개질 또는 표면 코팅 개질입니다.

표면 유기 개질

초미립자 분말의 표면 유기 개질은 해당 유기기를 연결하여 입자 표면을 소수성으로 만들어 수지, 고무, 도료 등의 유기 매트릭스에서 분산 성능과 계면 상용성을 향상시키고, 이를 통해 제품 가공 공정 및 복합 재료 역학의 종합적인 특성을 개선하는 것입니다. 개질제는 화학 구조의 종류에 따라 고급 지방산 또는 그 염, 저급 지방산, 커플링제로 구분됩니다.

(1) 물리적 코팅 개질

물리적 코팅 개질 또는 코팅 처리 개질은 개질 목적을 달성하기 위해 유기물(고분자, 수지, 계면활성제, 수용성 또는 유용성 고분자 화합물, 지방산 비누 등)을 사용하여 입자 표면을 코팅하는 방법입니다. 입자 표면을 단순히 개질하는 공정입니다.

(2) 표면 화학적 개질

표면 화학적 개질은 표면 개질제와 입자 표면 사이의 화학 반응 또는 화학 흡착을 통해 이루어집니다. 이는 생산 공정에서 가장 널리 사용되는 개질 방법입니다.

(3) 그래프팅 개질

그래프팅 개질은 특정 외부 여기 조건 하에서 단량체 올레핀 또는 폴리올레핀을 분말 표면에 도입하는 개질 공정입니다. 경우에 따라, 도입 후 단량체 올레핀을 여기시켜 표면에 부착된 단량체 올레핀을 중합해야 할 수도 있습니다.

표면 코팅 개질

표면 코팅 개질은 초미세 알루미나 분말 입자 표면에 더 작은 고체 입자 또는 고체 필름을 균일하게 코팅하여 입자의 표면 조성, 구조, 외관 및 원래 기능을 변화시키는 개질 기술을 말합니다.

코팅 반응의 환경 및 형태, 입자 간 개질된 코팅의 특성 및 방법에 따라 표면 코팅 개질 방법은 화학적 침전법, 가수분해 코팅법, 졸-겔법, 용매 증발법, 기계화학적법, 기상법으로 구분할 수 있습니다. 그 중, 처음 세 가지 방법은 모두 용액 반응법입니다. 즉, 용해성 염 용액을 침전제와 가수분해를 통해 침전시킨 후, 개질하고자 하는 입자 분말 표면에 코팅하는 방법입니다.