구형 알루미나의 광범위한 응용 분야
구형 알루미나 분말은 다른 형태의 알루미나 소재에 비해 표면적이 넓고 입자 분포가 균일하여 실제 응용 분야에서 우수한 성능을 나타냅니다. 세라믹, 촉매 및 촉매 담체뿐만 아니라 연삭, 연마, 전자 장치 등 다양한 분야에 활용될 수 있습니다.
열전도성 필러 분야
정보화 시대가 도래하면서 첨단 전자 장치는 점점 소형화되고 있으며, 이러한 장치에서 발생하는 열은 기하급수적으로 증가하여 시스템 열 방출에 대한 요구가 커지고 있습니다. 알루미나는 시장에서 쉽게 구할 수 있고, 다양한 종류가 있으며, 다른 열전도성 소재보다 저렴하고 고분자 소재에 다량 첨가할 수 있어 높은 가성비를 자랑합니다. 따라서 현재 대부분의 고열전도성 절연 재료는 알루미나를 고열전도성 필러로 사용하고 있습니다.
세라믹 분야
세라믹 제조 과정에 일정량의 구형 알루미나 분말을 첨가하면 세라믹의 특성을 크게 개선할 수 있습니다. 세라믹의 저온 취성은 적용 범위를 크게 제한하는데, 구형 알루미나 분말을 첨가한 세라믹 소재는 저온에서도 연성이 뛰어난 세라믹을 제조하는 데 활용될 수 있습니다.
연삭 및 연마 분야
기존의 입상 또는 플레이크형 알루미나에 비해 구형 알루미나는 분산성 및 유동성이 우수합니다. 구형 알루미나 분말 연마제는 연마 대상 표면에 고르게 분포되어 분말 뭉침 현상을 방지합니다. 또한, 입자의 매끄러운 표면은 가공물 표면에 흠집을 내지 않아 표면 조도를 향상시킵니다.
전자 및 광학 소재 분야
구형 알루미나는 전자 및 광학 분야에서 폭넓게 활용됩니다. 구형 알루미나를 기판으로 사용하고 희토류 원소를 활성제로 첨가하면 더욱 우수한 성능의 적색 발광 소재를 제조할 수 있습니다. 구형 알루미나 입자는 크기가 균일하고 고르게 분산되어 있어 다른 형태의 알루미나에 비해 우수한 발광 성능을 나타내며, 발광 소재의 충진 구조를 더욱 효과적으로 제어할 수 있습니다.
촉매 및 담체 분야
알루미나는 표면에 많은 수의 불포화 화학 결합과 촉매 활성 중심을 가지고 있어 높은 화학적 활성을 나타냅니다. 또한, 구형 알루미나는 입자 마모가 적고 수명이 길며 비표면적이 넓다는 장점이 있습니다.
3D 프린팅 분야
구형 알루미나는 높은 강도, 높은 구형도, 고온 내성 등의 특성으로 인해 3D 프린팅에 가장 일반적으로 사용되는 소재 중 하나입니다. 표면 보호 코팅
구형 알루미나를 스프레이 코팅 재료로 사용하는 것은 현재 연구 분야에서 가장 주목받는 주제 중 하나입니다. 이 스프레이 코팅 재료는 고분자 재료, 유리, 금속 및 합금에 대한 보호 기능을 제공할 뿐만 아니라 주방 조리기구와 같은 스테인리스강 제품의 수명을 연장하는 데에도 효과적입니다.
다양한 측면에서 볼 때, 미세 알루미나는 우리나라가 우선적으로 개발해야 할 신소재 중 하나로 자리매김했습니다. 전통적인 산업 분야에서의 광범위한 활용과 신에너지 자동차 및 태양광 발전과 같은 신흥 산업으로의 빠른 진출로 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 미세 알루미나 산업은 매우 밝은 시장 전망을 가지고 있습니다.
활석 가루의 다섯 가지 일반적인 용도
탈크의 다양한 강력한 "초능력"이 코팅에 적용될 때, 재료 성능을 크게 향상시키면서 제품 비용을 대폭 절감하여 코팅 품질을 종합적으로 개선할 수 있습니다. 따라서 탈크는 다양한 코팅 제형에 널리 사용됩니다.
건축용 코팅
건축용 코팅에 탈크 분말을 사용하면 우수한 도포성, 광택 유지력 및 평활성을 제공합니다. 동시에 코팅의 건조 특성, 점착성, 경도 및 내식성이 크게 향상됩니다. 건조 및 습식 은폐력, 무광 효과, 균열 저항성 및 내마모성을 향상시키고, 이산화티타늄의 착색력을 크게 향상시켜 제품 비용을 절감할 수 있습니다. 건축용 코팅 재료에서 탈크는 필수적인 구성 요소입니다.
산업용 코팅
탈크 분말은 다양한 산업용 코팅, 특히 부품용 프라이머 코팅에 기능성 충전재로 널리 사용됩니다. 우수한 샌딩성 및 내수성 덕분에 탈크 분말은 프라이머 충전재를 전부 또는 부분적으로 대체할 수 있습니다. 강철 구조물 코팅에 적용할 경우, 탈크 분말은 코팅의 침전 방지 특성, 도막의 기계적 특성 및 재도장성을 효과적으로 향상시킵니다. 속건성 프라이머 및 운송 차량용 코팅과 같은 많은 제품에서 탈크 분말 사용을 우선시합니다.
목재 코팅
탈크는 목재(가구) 코팅 분야에서도 중요한 역할을 합니다.
목재 코팅에 탈크 분말을 사용하는 주요 용도는 투명 프라이머와 솔리드 컬러 상도 코팅입니다. 탈크 분말의 낮은 경도 특성은 도막에 우수한 샌딩성을 부여하여 고가의 스테아르산아연 샌딩제를 부분적으로 대체할 수 있습니다. 탈크의 굴절률은 수지 바인더와 유사하여 코팅에 높은 투명성을 제공합니다. 이러한 특성 덕분에 기재의 자연스러운 질감을 잘 표현할 수 있으며, 무광 상도 코팅에 사용할 경우 고가의 무광택제를 부분적으로 대체할 수 있습니다.
목재 코팅에 탈크를 사용하면 목재 가구의 매력을 극대화하면서 사람들의 라이프스타일 요구를 충족시키고 생활비를 절감할 수 있습니다.
방청 코팅
탈크는 방청 코팅 분야에서도 자주 사용됩니다. 탈크의 자연적으로 안정적인 층상 구조는 페인트의 점도를 높이고 도막에 차폐 효과를 제공합니다. 탈크는 산, 알칼리, 염분과 같은 부식성 물질의 침투를 효과적으로 방지하는 동시에 다공성 기질에 프라이머가 침투하는 것을 억제하여 프라이머의 밀봉 효과와 샌딩성을 향상시킵니다. 이러한 특성은 도막의 부식 방지 성능을 크게 향상시킵니다. 부식 방지 코팅 분야에서 탈크는 견고하고 신뢰할 수 있는 파트너로서 믿을 만한 소재입니다.
방수 코팅
방수 코팅의 충전재로 사용되는 탈크 분말은 코팅 경화 시 부피 수축을 줄이고 코팅의 내마모성 및 접착력을 향상시키며 비용을 절감할 뿐만 아니라 코팅에 우수한 저장 안정성과 내열성을 부여합니다.
더 중요한 것은 탈크 분말이 방수 코팅의 탄성 신장률과 인장 강도에 긍정적인 영향을 미친다는 것입니다. 특정 첨가량 범위 내에서 탈크 분말 충전재의 양이 증가함에 따라 방수 코팅의 탄성 신장률과 인장 강도가 모두 증가합니다. 이는 코팅된 대상에 대한 최대한의 보호를 의미합니다.
건축 코팅, 산업 코팅, 목재 코팅, 부식 방지 코팅 및 방수 코팅 분야에서의 탈크 적용은 탈크의 다양한 응용 분야 중 일부에 불과합니다. 저렴하고 재생 불가능한 비금속 광물인 탈크는 화장품, 식품, 의약품, 고무, 세라믹, 섬유, 인쇄 및 염색, 전자 산업 등에서도 폭넓게 활용되고 있습니다. 가까운 미래에 더 많은 연구를 통해 인류가 탈크에 대한 이해를 더욱 심화시키고, 탈크는 더욱 광범위한 분야에서 빛을 발할 것으로 기대됩니다.
황산바륨은 고품질 코팅 재료를 만드는 데 어떻게 기여할까요?
황산바륨은 뛰어난 충진 능력 덕분에 특히 선호되는 소재입니다. 이는 도료 필름의 성능을 유지하면서도 배합 비용을 효과적으로 최적화할 수 있음을 의미하며, 산업용 코팅부터 장식용 페인트에 이르기까지 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
더욱 중요한 것은 황산바륨은 작은 입자 크기, 균일한 분포, 넓은 비표면적, 그리고 뛰어난 유동성 덕분에 가공 과정에서 마모성이 매우 낮다는 점입니다. 이러한 특성은 생산 효율성으로 직결됩니다. 혼합, 펌핑, 분사 장비의 마모를 현저히 줄여 장비 수명을 연장하고 생산 공정을 더욱 원활하고 경제적으로 만듭니다.
이러한 장점은 자동 프라이머 표면 코팅 적용에서 특히 두드러집니다. 높은 충진율 조건에서도 황산바륨은 도료 슬러리의 뛰어난 안정성과 레벨링 특성을 보장하여 탁월한 균일성과 매끄러움을 제공합니다. 이는 후속 상도 도포를 위한 완벽한 "캔버스"를 제공하며, 효율적이고 자동화된 고품질 코팅을 달성하는 데 매우 중요합니다.
황산바륨은 단순한 충진제 이상의 역할을 합니다. 높은 충진 능력, 낮은 마모성, 뛰어난 레벨링 특성을 모두 갖춘 다기능 첨가제입니다. 황산바륨을 선택하는 것은 코팅 제품의 신뢰할 수 있는 "품질의 기반"을 선택하는 것이며, 제품 성능을 향상시키는 동시에 효율적인 생산을 보장하는 것입니다.
첨단 세라믹 소재의 응용 분야
고속 항공기 분야 응용
고속 항공기는 주요 군사 강국들이 개발 경쟁을 벌이는 전략 장비입니다. 초음속 비행과 날렵한 구조로 인해 심각한 공기역학적 가열 문제가 발생합니다. 고속 항공기의 일반적인 열 환경은 고온과 복잡하고 가혹한 열-기계적 하중을 특징으로 합니다. 기존 고온 합금으로는 이러한 요구 사항을 충족할 수 없어 세라믹 복합재료가 등장하게 되었습니다. 특히 SiCf/SiC 복합 세라믹 소재는 항공 엔진의 터빈 블레이드, 노즐 가이드 베인, 터빈 외륜과 같은 고온 구조 부품에 널리 사용되고 있습니다. 이 복합재료의 밀도는 고온 합금의 약 1/4에 불과하여 상당한 무게 감소 효과를 가져옵니다. 또한 최대 1400°C의 고온에서도 작동할 수 있어 냉각 시스템 설계를 크게 간소화하고 추력을 향상시킬 수 있습니다.
경량 방탄 장갑 분야 응용
경량 복합 방탄 장갑은 현대 장비의 생존성을 유지하는 데 매우 중요합니다. 세라믹 섬유 및 섬유 강화 세라믹 복합재료의 개발은 경량 복합 방탄 장갑의 적용에 필수적입니다. 현재 사용되는 주요 보호용 세라믹 소재로는 B4C, Al2O3, SiC, Si3N4 등이 있습니다. 탄화규소(SiC) 세라믹은 뛰어난 기계적 특성과 비용 효율성을 바탕으로 가장 유망한 방탄 세라믹 소재 중 하나로 자리 잡았습니다. 개인 병사 장비, 군용 장갑차, 무장 헬리콥터, 경찰 및 민간 특수 차량 등 다양한 방탄 분야에 적용될 수 있어 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다. Al2O3 세라믹에 비해 SiC 세라믹은 밀도가 낮아 장비의 기동성 향상에 유리합니다.
소형 화기 분야 응용
소형 화기는 무기 체계의 중요한 구성 요소로서 일반적으로 권총, 소총, 기관총, 유탄 발사기 및 특수 개인 장비(개인 로켓 발사기, 개인 미사일 등)를 포함합니다. 주요 기능은 표적 지역에 발사체를 발사하여 적 목표물을 사살하거나 파괴하는 것입니다. 소형 화기의 작동 환경은 고온, 저온, 고고도, 습열, 먼지, 비, 먼지-비, 염수 분무 및 강물 침수 등 다양합니다. 따라서 내식성이 매우 중요합니다. 현재 소형 화기에 사용되는 주요 부식 방지 공정에는 블루잉, 경질 아노다이징, 이온 제어 침투 기술, 다이아몬드 유사 탄소 코팅 및 플라즈마 질화 등이 있습니다. 특히 해양 환경에서 사용되는 무기 및 장비의 경우, 500시간 이상의 염수 분무 환경에서 부식 저항성을 확보하는 것은 기존 코팅 처리 방식에 상당한 어려움을 야기합니다.
총열 적용 사례
총열은 발사 무기의 핵심 부품입니다. 총열의 내부 구조는 약실, 추진부, 강선으로 구성되며, 약실과 강선은 추진부로 연결됩니다. 기존의 총열은 일반적으로 고강도 합금강으로 제작됩니다. 발사 시 총열 내부는 추진 가스와 탄환의 복합적인 영향을 받게 되어 총열 내벽에 균열이 발생하거나 코팅이 벗겨지는 현상이 나타납니다. 총열 내경의 손상은 고온, 고압, 고속의 추진 가스와 탄환이 총열 벽에 반복적으로 작용하면서 발생합니다. 특히 추진부와 총구는 가장 먼저 손상되는 부분입니다.
총열 수명을 향상시키기 위해 내경에 크롬 도금을 하는 것이 가장 일반적인 방법이지만, 크롬 도금층의 산화 저항 온도는 500°C를 넘지 못합니다. 발사 시 약실 압력이 지속적으로 증가하고 총열 수명 요구 사항이 기하급수적으로 증가함에 따라 총열이 견뎌야 하는 압력과 온도 또한 높아지고 있습니다. 세라믹의 높은 경도, 강도 및 고온 화학적 불활성 특성을 활용하면 총열 침식을 효과적으로 줄이고 수명을 연장할 수 있습니다.
탄약 적용 사례
탄약의 주요 구성 요소는 탄두와 신관입니다. 피해를 직접적으로 유발하는 탄두는 주로 탄피, 파편 요소, 폭약, 신관으로 구성됩니다. 탄두의 살상력을 지속적으로 향상시키는 것은 무기 개발 분야에서 항상 추구해 온 목표입니다. 특히 파편형 수류탄의 경우, 탄두 폭발로 생성되는 파편이 최종 살상 요소이며, 효율적인 파편 생성 기술은 이 분야에서 오랫동안 연구 과제로 남아 있습니다.
질화규소 세라믹의 네 가지 주요 응용 분야
기계 분야
질화규소 세라믹은 기계 산업에서 주로 밸브, 파이프, 분류 휠 및 세라믹 절삭 공구로 사용됩니다. 가장 널리 사용되는 응용 분야는 질화규소 세라믹 베어링 볼입니다. 질화규소 세라믹은 최고의 베어링 소재로 널리 인정받고 있으며, 베어링에서 가장 중요한 핵심 부품인 질화규소 세라믹 베어링 볼은 장비 성능을 뒷받침하는 진정한 '숨은 영웅'입니다. 직경이 수 밀리미터에서 수십 밀리미터에 이르는 이 작은 세라믹 볼은 언뜻 보기에는 중요하지 않아 보이지만, "가볍고 단단하며 안정적이고 절연성이 뛰어난" 특성 덕분에 신에너지 자동차, 롤러스케이트, 치과용 드릴, 심지어 고급 자전거에 이르기까지 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 합니다.
항공우주 분야
질화규소 세라믹 소재는 높은 강도, 고온 내성 및 우수한 화학적 안정성과 같은 장점을 가지고 있어 항공우주 분야에서 요구되는 엄격한 소재 조건을 충족합니다. 질화규소 세라믹은 항공우주 분야에서 두 가지 대표적인 응용 분야를 가지고 있습니다. 첫째, 질화규소는 수소/산소 로켓 엔진에서 발생하는 심각한 열충격과 열 구배를 견딜 수 있는 몇 안 되는 단일 세라믹 소재 중 하나로, 로켓 엔진 노즐에 사용됩니다. 둘째, 질화규소 세라믹 및 복합재료의 내열성, 전파 투과성 및 하중 지지력과 같은 우수한 특성 덕분에 차세대 고성능 전파 투과 소재로 연구되고 있습니다.
반도체 분야
전자 장치가 소형화 및 고성능화됨에 따라 반도체 패키징에는 방열 소재에 대한 요구 사항이 더욱 높아지고 있습니다. 질화규소 세라믹은 최대 90~120W/(m·K)의 높은 열전도율과 3세대 반도체 기판인 SiC 결정의 열팽창 계수와 높은 일치성을 보여 SiC 전력 소자 패키징 기판에 가장 적합한 소재로 각광받고 있습니다. 국제적으로는 도시바, 교세라와 같은 일본 기업들이 시장을 주도하고 있으며, 국내에서는 시노마첨단소재(Sinoma Advanced Materials)와 같은 기업들이 기술적 돌파구를 마련하고 있습니다.
질화규소 세라믹은 핵심 패키징 소재일 뿐만 아니라 반도체 제조 장비에서도 광범위한 응용 가능성을 보여줍니다. 웨이퍼 가공 공정에서 질화규소 세라믹은 고온 및 열충격에 강한 발열체를 제조하는 데 사용되어 CVD(화학 기상 증착) 및 확산로와 같은 장비의 엄격한 작동 조건을 충족합니다. 생의학 분야
새로운 생체 세라믹 소재인 질화규소는 뛰어난 기계적 특성과 생체 적합성 덕분에 의료용 임플란트 분야에서 큰 응용 잠재력을 보여줍니다. 특히 질화규소는 정형외과용 생체 재료로 사용되어 인공 고관절 및 무릎 관절의 베어링 부품에 성공적으로 적용되어 마모 저항성을 향상시키고 보철물의 수명을 연장하는 데 기여했습니다. 또한 질화규소 소재는 척추 수술에서 골융합을 촉진하는 데 사용되기도 했습니다. 질화규소 세라믹 소재는 의료 분야에서 뛰어난 안정성과 신뢰성을 보여줍니다. 질화규소는 또한 강력한 세포 부착력과 골전도성을 나타내어 뼈 재생 분야에서의 응용에 중요한 생물학적 기반을 제공합니다. 그러나 질화규소 세라믹의 고유한 취성은 뼈 재생 공학 분야에서의 응용에 있어 여전히 주요 과제로 남아 있습니다. 또한 질화규소 소재는 체내에서 분해되기 어렵기 때문에 새로운 뼈 조직이 재생 부위로 성장하여 원래의 재료를 완전히 대체하는 것을 방해하여 임상 적용 범위를 제한합니다.
수산화알루미늄이 위장 질환 치료에 왜 그렇게 효과적일까요?
산화알루미늄(화학식 Al2O3)은 알루미나라고도 불리며, 이산화규소 다음으로 지구 지각에서 두 번째로 풍부한 산화물로, 장석이나 운모와 같은 광물에 널리 분포되어 있습니다. 산업적으로는 보크사이트와 같은 천연 광물 원료에서 정제하여 알루미나를 얻습니다.
더 넓은 의미에서 산화알루미늄은 알루미늄, 산소, 수소로 구성된 화합물인 산화알루미늄과 수산화알루미늄을 통칭하는 용어입니다. 다양한 형태와 특성 때문에 산화알루미늄은 수화된 산화알루미늄과 무수 산화알루미늄으로 나눌 수 있습니다.
일반적인 수화된 산화알루미늄에는 산업용 수산화알루미늄, 깁사이트, 보에마이트, 슈도보에마이트, 다이아스포어, 코런덤, 토다이트 등이 있습니다. 이 중에서 산업용 수산화알루미늄, 깁사이트, 보에마이트는 삼수화물 산화알루미늄이고, 다이아스포어와 코런덤은 일수화물 산화알루미늄이며, 슈도보에마이트와 토다이트는 다수화물 산화알루미늄입니다.
더 넓은 의미에서 수산화알루미늄은 일수화물 산화알루미늄(메타수산화알루미늄)과 삼수화물 산화알루미늄(오르토수산화알루미늄)을 통칭하는 용어입니다. 수화된 산화알루미늄은 진정한 의미의 산화알루미늄 수화물이 아니라, 알루미늄과 수산화 이온이 이온 결합으로 연결되어 있고 모든 수산화 이온이 동등한 수산화알루미늄의 결정 구조를 강조하는 것입니다. 수산화알루미늄은 일반적으로 흰색 분말이며, 무취, 무독성, 저렴하고 널리 사용됩니다. 수산화알루미늄은 고분자 기질에 첨가되는 난연제로 가장 잘 알려져 있으며, 뛰어난 난연성을 나타냅니다.
일상생활에서 수산화알루미늄이 위장약 제조에 자주 사용된다는 사실을 알고 계셨나요? 수산화알루미늄은 제산, 흡착, 국소 지혈 및 궤양 보호 효과가 있습니다. 수산화알루미늄 겔은 위산을 중화시키고 일부 흔한 위장 질환에 치료 효과를 나타냅니다.
원리는 간단합니다. 수산화알루미늄은 전형적인 양쪽성 산화물로, 산과 염기 모두와 반응할 수 있습니다. 따라서 수산화알루미늄은 위산을 중화하거나 완충할 수 있습니다. 수산화알루미늄이 위산과 반응하면 생성되는 염화알루미늄은 수렴 효과가 있어 국소 지혈 효과를 나타내지만, 부작용으로 변비를 유발할 수도 있습니다. 수산화알루미늄은 위액과 섞이면 겔을 형성하여 궤양 표면을 덮어 보호막을 형성합니다. 이 약물은 위 점막을 위산, 펩신 및 기타 유해 물질로 인한 자극과 손상으로부터 보호하여 위 점막의 회복과 치유를 촉진하고 위염, 위궤양 및 기타 관련 질환 치료에 도움을 줍니다.
둘째, 알루미늄 이온은 장내 인산염과 결합하여 불용성 인산알루미늄을 형성하고, 이는 대변으로 배출됩니다. 따라서 요독증 환자에게 다량의 수산화알루미늄을 투여하면 장내 인산염 흡수를 줄여 산증을 완화할 수 있습니다.
또한, 나노 크기의 수산화알루미늄은 약물이나 항원을 캡슐화하는 약물 전달체로 사용되어 약물의 안정성과 표적성을 향상시킬 수 있습니다. 이 외에도 수산화알루미늄은 경구용 약물 및 백신 제조 시 약물 안정성과 안전성을 보장하는 약학적 부형제로 자주 사용됩니다.
수산화 알루미늄: 왜 직접 사용할 수 없나요?
무기 양쪽성 수산화물인 수산화알루미늄(Al(OH)3, ATH)은 매우 효율적인 난연성, 연기 억제제 및 충진 특성을 가지고 있습니다. 열 분해 시 독성 또는 부식성 가스를 생성하지 않으며, 고분자 유기 재료의 난연성 충진재로 사용될 수 있습니다. 현재 ATH의 난연제 사용은 매년 증가하고 있으며, ATH는 전 세계적으로 가장 중요한 무기 난연제로 자리 잡았습니다.
개질 후 난연성
일반적으로 제조업체는 고분자 유기 재료의 난연성을 향상시키기 위해 분말 형태의 수산화알루미늄(ATH)을 가연성 재료에 충진하거나, 가연성 재료 표면에 ATH가 함유된 난연성 코팅제를 코팅합니다.
또한, ATH는 세 개의 수산기(-OH)를 포함하고 있기 때문에 표면이 비대칭적이고 극성이 높습니다. 표면의 수산기는 친수성과 소유성을 나타내므로, 고분자 유기 재료에 첨가 시 응집되기 쉽고, 이는 재료의 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
따라서 수산화알루미늄은 사용 전에 표면 개질되어야 합니다.
수산화알루미늄 표면 개질
표면 개질은 무기 분말 재료의 특성을 최적화하는 핵심 기술 중 하나로, 무기 분말의 적용 성능과 가치를 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 무기 입자의 표면 개질은 무기 입자 표면에 하나 이상의 물질을 흡착 또는 캡슐화하여 코어-쉘 복합 구조를 형성하는 것을 의미합니다. 이 공정은 본질적으로 다양한 물질의 복합 공정입니다.
개질제의 종류 및 특성
분말 표면 개질제에는 여러 종류가 있지만, 표준화된 분류 방법은 없습니다. 무기 분말 개질용 개질제는 주로 계면활성제와 커플링제의 두 가지 범주로 나뉩니다.
(1) 커플링제
커플링제는 유기 고분자와 무기 필러로 구성된 다양한 복합 재료 시스템에 적합합니다. 커플링제로 표면을 개질하면 무기물과 고분자의 상용성 및 분산성이 향상됩니다. 무기물의 표면은 친수성 및 소유성에서 친유성 및 소수성으로 변하여 유기 고분자와의 친화성이 증가합니다.
커플링제는 다양하며, 화학 구조와 조성에 따라 유기 복합체, 실란, 티타네이트, 알루미네이트의 네 가지 주요 범주로 분류할 수 있습니다.
(2) 계면활성제
계면활성제는 극소량 사용 시 물질의 표면 또는 계면 특성을 크게 변화시킬 수 있는 물질입니다. 계면활성제에는 고급 지방산과 그 염, 알코올, 아민, 에스테르와 같은 음이온성, 양이온성, 비이온성 계면활성제가 포함됩니다. 계면활성제의 분자 구조는 고분자 분자와 유사하게 한쪽 끝에 긴 사슬 알킬기가 있고 다른 쪽 끝에는 카르복실기, 에테르, 아미노기와 같은 극성기가 있는 것이 특징입니다.
개질 효과는 어떻게 측정할 수 있습니까?
개질된 수산화알루미늄은 신뢰할 수 있습니까? 얼마나 신뢰할 수 있습니까? 이를 위해서는 개질 효과의 평가 및 특성화가 필요합니다.
현재 수산화알루미늄 난연제의 난연 효과는 재료의 산소 지수, 수직 및 수평 가연성 지수, 연기 발생, 열중량 분석, 연소 중 기계적 특성 시험과 같은 직접적인 방법을 통해 평가할 수 있습니다. 또는 분말 흡광도, 활성화 지수, 오일 흡수량을 측정하여 개질 효과를 간접적으로 시험하는 간접적인 방법을 통해 평가할 수 있습니다.
(1) 흡광도
개질되지 않은 ATH는 표면에 친수성 및 소유성 수산기를 가지고 있어 물에 용해되거나 바닥에 자유롭게 가라앉습니다. 개질 후 ATH의 표면은 친수성 및 소유성이 되어 개질되지 않은 형태와 완전히 반대되는 표면 특성을 갖게 됩니다. ATH는 바닥에 용해되거나 가라앉지 않고 표면에만 떠 있을 수 있습니다. 그러나 개질된 ATH는 오일(예: 유동 파라핀)에 잘 용해되거나 침전될 수 있습니다.
(2) 활성화 지수
변성되지 않은 ATH는 표면 히드록시기(-OH)의 특성으로 인해 매우 강한 극성을 가지므로 유사한 물성을 가진 물에 용해되거나 자유롭게 침전될 수 있습니다. 변성 후, ATH는 표면에 친유성기 층이 부착되고, 표면 히드록시기(-OH)는 그 안에 캡슐화됩니다. 변성 효과가 좋을수록 ATH 표면의 친유성기 피복률이 높아지고, 변성된 ATH가 물 표면에 더 많이 떠오릅니다.
(3) 흡유량
흡유량을 측정하려면 ATH에 피마자유를 첨가하고 교반해야 합니다. 변성 전, ATH는 친수성과 소유성을 가지고 있기 때문에 구형을 형성하기 위해 더 많은 피마자유가 필요합니다. 표면 변성 후에는 친수성과 소유성이 되어 폴리머 내 ATH의 분산성을 향상시키고 분말 응집으로 인해 형성되는 공극을 줄입니다.
초강력 소재 이해 - NdFeB
소결 NdFeB는 가장 초기의 제조 공정이자 가장 보편적으로 적용 가능한 공정으로, 희토류 영구자석 소재의 급속한 발전을 주도해 왔습니다. 강한 자기 이방성과 저렴한 원료 투입을 특징으로 하는 소결 NdFeB는 여러 국가의 연구 대상이 되었습니다. 소결 NdFeB 영구자석 소재는 분말 야금법을 활용합니다. 제련된 합금을 분말로 만들어 자기장 내에서 성형체로 압축합니다. 성형체는 불활성 가스 또는 진공 상태에서 소결하여 치밀화를 이룹니다. 또한, 자석의 보자력을 향상시키기 위해 일반적으로 시효 열처리가 필요합니다. 공정 흐름은 다음과 같습니다. 원료 준비 → 제련 → 분말 준비 → 프레스 → 소결 및 템퍼링 → 자기 시험 → 연삭 → 가공 → 전기 도금 → 완제품.
소결 NdFeB와 달리, 본드 자석의 개별 분말 입자는 충분히 높은 보자력을 가져야 합니다. 분말 제조 공정 중 높은 보자력에 필요한 다상 구조와 미세 구조가 심각하게 손상되면 양호한 본드 자석을 생산할 수 없습니다. 따라서 급속 담금질 자성 분말을 용융-방사하는 방법을 사용하여 고온 용융 합금을 고속 회전하는 수냉식 구리 휠에 먼저 붓거나 분사하여 두께 100μm의 얇은 스트립을 형성합니다.
열간 프레스/열간 변형 자석 제조에는 주조 합금을 직접 사용하는 대신 급속 담금질된 Nd-Fe-B 자성 분말을 사용해야 합니다. 과냉각(급속 냉각) 조건을 적용하면 더 미세한 입자 또는 비정질 자성 분말을 제조할 수 있습니다. 열간 프레스 및 열간 변형 과정에서 입자는 가열되어 단일 도메인 크기에 가까워져 최종 자석에서 높은 보자력을 얻습니다. 열간 프레스 공정은 자성 분말을 금형에 넣고 고온에서 압력을 가하여 등방성 고체 밀도의 자석으로 성형하는 과정입니다.
응용 분야
영구 자석 모터
영구 자석 모터에서 여자(excitation)에 영구 자석을 사용하면 전력 소비를 줄이고 에너지를 절약할 뿐만 아니라 모터 성능도 향상됩니다.
자기 기계
자기 기계는 자석의 같은 극의 반발력이나 다른 극의 인력을 이용하여 작동합니다. 이를 위해서는 높은 잔류 자속밀도와 높은 고유 보자력을 가진 영구 자석이 필요합니다. 또한, 다른 극 간의 인력 원리를 이용하여 비접촉식 전동 장치를 구성할 수 있으며, 마찰 및 소음이 없는 등의 장점을 제공합니다. 따라서 고성능 Nd-Fe-B 자석은 광산 기계의 구동 부품, 위성 및 우주선의 자이로스코프 및 터빈의 자기 베어링, 의료 장비의 심장 기능 보조용 원심 펌프의 회전자 베어링 등에 널리 사용됩니다.
항공우주
희토류 영구 자석 소재는 로켓 발사, 위성 위치 확인, 통신 기술에 필수적인 요소입니다. 고성능 소결 Nd-Fe-B는 레이더용 마이크로파 송수신 시스템에 특히 유용합니다. 일정한 자기장과 교류 마이크로파 자기장의 결합 효과를 활용하여 강자성 공명을 발생시켜 마이크로파 순환기, 절연체 등을 제작할 수 있습니다. 가전
3C 가전은 소결 NdFeB의 중요한 후속 산업으로 자리매김해 왔습니다. 소결 NdFeB는 높은 자기 에너지 제품과 같은 특성을 가지고 있어 3C 가전 제품의 소형화, 경량화, 박형화 추세에 부합합니다. VCM, 휴대폰 선형 모터, 카메라, 헤드폰, 스피커, 스핀들 구동 모터와 같은 전자 부품에 널리 사용됩니다.
네오디뮴 철 붕소 폐기물 재활용: 놓칠 수 없는 보물 창고
네오디뮴 철 붕소(NdFeB) 영구 자석은 뛰어난 자기적 특성으로 풍력 발전, 신에너지 자동차, 전자 제품에 널리 사용되어 "자석의 왕"이라는 칭호를 얻었습니다. 그러나 NdFeB 자석 생산 공정에서 발생하는 스크랩 비율은 최대 30%에 달하며, 수명이 짧다는 점과 더불어 NdFeB 폐기물의 양이 매우 많습니다.
이러한 폐기물에는 최대 30%의 희토류 원소가 함유되어 있어 1차 희토류 광석 함량을 훨씬 초과하여 매우 귀중한 2차 자원입니다. NdFeB 폐기물에서 희토류 원소를 효율적으로 회수하는 것은 희토류 자원 확보, 환경 오염 감소, 그리고 지속 가능한 개발 촉진에 매우 중요합니다.
NdFeB 폐기물의 특성 및 출처
NdFeB 폐기물은 주로 자석 제조 공정에서 발생하는 스크랩, 불량 제품, 그리고 자석이 포함된 폐기 전자 제품에서 발생합니다. 화학적 조성이 복잡하여 주요 희토류 원소인 Nd와 Pr 외에도 보자력 향상을 위해 Dy와 Tb와 같은 원소가 첨가되고, 전반적인 성능 향상을 위해 Co, Al, Cu와 같은 원소가 첨가됩니다. 희토류 원소(REE) 함량에 따라 NdFeB 폐기물은 저희토류(REE < 20%), 중희토류(20%~30%), 고희토류(> 30%)의 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.
현재 NdFeB 폐기물의 재활용 공정은 주로 건식제련, 습식제련, 그리고 새로운 재활용 기술로 나뉩니다.
(I) 건식제련 재활용 공정
건식제련 재활용은 고온 반응을 통해 철에서 희토류 원소를 분리합니다. 주요 방법으로는 선택적 산화, 염소화 분리, 액체 합금화, 슬래그-금속 용융 분리 등이 있습니다.
선택적 산화는 희토류 원소가 철보다 산소 친화도가 훨씬 높다는 사실에 기반합니다. 고온에서 희토류 원소는 선택적으로 산화되어 산화물을 형성하고, 이 산화물은 금속 철에서 분리됩니다. 나카모토(Nakamoto) 등은 산소 분압을 정밀하게 제어하여 순도 95% 이상, 회수율 99% 이상의 혼합 희토류 산화물을 성공적으로 제조했습니다.
염소화 분리는 희토류 원소와 염소 사이의 강한 친화력을 활용합니다. NH4Cl, FeCl2, MgCl2와 같은 염소화제를 사용하여 희토류 원소를 분리 전 염화물로 전환합니다. 우다(Uda)는 FeCl2를 염소화제로 사용하여 800℃에서 반응시켜 희토류 회수율 95.9%, 제품 순도 99%를 달성했습니다.
액상 합금화법은 희토류 원소와 철 사이의 다른 금속에 대한 친화력 차이를 활용하여 희토류 원소와 철의 효과적인 농축 및 분리를 달성합니다. 희토류 원소인 Nd는 Ag, Mg 등과 다양한 저융점 합금을 형성할 수 있습니다.
슬래그-금속 분리법은 NdFeB 폐기물 내 희토류 원소가 산소와 더 쉽게 결합한다는 특성에 기반합니다. NdFeB 폐기물 내 모든 금속은 금속 산화물로 전환됩니다. 동시에, 슬래깅제의 고온에서 산화철은 환원 조건을 조절하여 금속 Fe로 전환됩니다.
(II) 습식 회수 공정
습식 회수는 현재 가장 널리 사용되는 방법으로, 주로 전용해법, 염산 우선 용해법, 복염 침전법, 용매 추출법이 있습니다.
(III) 새로운 재활용 공정
새로운 재활용 기술은 수소 폭발, 생물침출, 전기화학적 방법을 포함한 기존 방법의 높은 에너지 소비 및 심각한 오염 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.
다양한 재활용 공정과 환경 영향 비교
건식 제련 공정은 유속이 짧고 처리 용량이 크지만 에너지 소비량이 높고 단일 희토류 원소를 분리하는 데 어려움이 있습니다. 습식 제련 공정은 회수율이 높고 제품 순도가 높지만 산 소비량이 많고 폐수 처리 비용이 높습니다. 생물침출 및 전기화학적 방법과 같은 새로운 공정은 환경 친화적이지만 대부분 실험실 단계에 있으며 아직 대규모 적용은 이루어지지 않았습니다.
환경 영향 측면에서, 기존의 재활용 공정은 강산, 강알칼리, 고온을 사용하는 경우가 많아 다량의 폐액과 폐가스를 발생시켜 환경 부하를 증가시킵니다. 따라서 친환경적이고 저소비형 재활용 공정 개발이 매우 중요합니다.
NdFeB 폐기물 재활용은 희토류 자원 부족을 완화하고 환경 오염을 줄이는 핵심 방법입니다. 기술 혁신과 정책적 지원을 통해 NdFeB 재활용 산업은 친환경, 저비용, 짧은 공정, 높은 회수율을 목표로 발전하여 지속 가능한 발전에 새로운 활력을 불어넣을 것입니다.
고무산업에서의 무기분말소재의 응용 및 개발
고무는 운송, 기계, 전자, 방위 등 국가 경제의 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 고무는 분자간 인력이 약하고, 자유 부피가 크며, 자기 결정성이 낮다는 단점이 있어 고무 소재의 강도와 탄성률이 낮고 내마모성이 저하됩니다. 따라서 이러한 용도의 요구 사항을 충족하기 위해서는 무기 비금속 필러를 첨가하는 것이 필수적입니다.
일반적으로 고무에 사용되는 무기 비금속 필러는 주로 보강, 충진(부피 증가) 및 비용 절감, 가공 성능 향상, 가황 특성 조절, 특수 기능 부여 등의 기능을 합니다.
고무에 일반적으로 사용되는 무기 비금속 광물 필러
(1) 실리카
실리카는 현재 고무 산업에서 카본 블랙 다음으로 두 번째로 널리 사용되는 보강제입니다. 실리카의 화학식은 SiO₂·nH₂O이며, 입자 구조에는 많은 공극이 있습니다. 이러한 공극이 2nm~60nm 범위에 있을 때 다른 폴리머와 쉽게 결합하는데, 이것이 실리카가 보강제로 사용되는 주된 이유입니다. 보강제로서 실리카는 재료의 내마모성과 인열 저항성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 타이어의 기계적 성질을 크게 향상시킬 수 있으며, 자동차, 계측기, 항공우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.
(2) 경질 탄산칼슘
경질 탄산칼슘은 고무 산업에서 가장 오래되고 널리 사용되는 충전제 중 하나입니다. 고무에 다량의 경질 탄산칼슘을 첨가하면 제품의 부피를 증가시켜 값비싼 천연 고무를 절약하고 비용을 절감할 수 있습니다. 경질 탄산칼슘 충전 고무는 순수 고무 가황물보다 더 높은 인장 강도, 내마모성 및 인열 강도를 얻을 수 있습니다. 천연 고무와 합성 고무 모두에서 상당한 보강 효과를 나타내며, 점도 조절에도 효과적입니다. 케이블 산업에서는 일정 수준의 절연성을 제공할 수 있습니다. (3) 카올린
카올리나이트는 일반적인 점토 광물인 함수 알루미노실리케이트입니다. 고무에 실제로 적용하면 고무의 탄성, 차단성, 신율 및 굽힘 강도가 향상됩니다. 스티렌-부타디엔 고무(SBR)에 변성 카올리나이트를 첨가하면 고무의 신율, 인열 강도 및 쇼어 경도가 크게 향상되고 수명도 연장됩니다.
(4) 점토
점토는 생산 공정 요건에 따라 타이어 제조 과정에서 첨가될 수 있습니다. 점토는 비용 절감을 위해 충전제로 사용되지만, 고무와의 결합을 용이하게 하기 위해서는 활성화된 점토여야 합니다. 활성화 또는 변성 점토는 배합에서 카본 블랙을 부분적으로 대체할 수 있습니다.
연구에 따르면 점토의 양이 증가함에 따라 고무 배합물의 경도, 300% 인장 응력 및 인장 강도가 약간 감소하지만, 가황 시스템을 조정하여 이를 보상할 수 있습니다. 트레드 배합에 사용할 경우, 시스템 최적화 후 구름 저항을 줄일 수도 있습니다.
(5) 황산바륨
타이어 고무 및 벨트와 같은 고무 제품의 노화 방지 및 내후성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 또한 고무 제품의 표면 평활성을 향상시킬 수 있습니다. 분말 고무 충진재로서 분말 도포율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 경제적 측면에서도 뚜렷한 이점을 제공합니다.
(6) 활석
활석 분말은 일반적으로 일반 산업용 활석 분말과 초미립 활석 분말로 구분됩니다. 전자는 고무 충진재로서 보강 역할을 하지 않으며 고무의 물성 향상에 미치는 영향이 미미합니다. 따라서 일반 산업용 활석 분말은 분리제로 자주 사용됩니다. 반면 초미립 활석 분말은 보강 효과가 우수합니다. 고무 충진재로 사용할 경우 고무 자체의 인장 강도는 실리카가 생성하는 효과와 동일합니다.
(7) 흑연
흑연은 층상 규산염 비금속 광물에 속하며 열전도도, 전기 전도성 및 윤활성이 우수합니다. 흑연을 고무 필러로 사용하는 것은 몬모릴로나이트에 사용하는 것과 유사한 공정을 거치는데, 특수 기술을 사용하여 흑연을 나노 크기의 입자로 분쇄하는 것입니다. 이 나노 입자가 고무 매트릭스와 결합하면 고무의 다양한 기능적 특성이 향상됩니다. 예를 들어, 전기 전도성, 열 전도성, 기밀성, 기계적 특성이 모두 크게 향상됩니다.