Модификация – повышение совершенства нанооксида алюминия
Нанооксид алюминия — это новый тип высокофункционального тонкодисперсного неорганического материала. С момента получения порошка нанооксида алюминия в середине 1980-х годов исследователи углубляли свои знания об этом высокотехнологичном материале и открыли множество его характеристик, таких как высокая твердость, прочность, термостойкость, коррозионная стойкость и другие превосходные характеристики. Поэтому он широко используется в аэрокосмической промышленности, национальной обороне, химической промышленности, микроэлектронике и других областях.
В практическом применении нанооксида алюминия модификация порошка всегда была очень важной задачей.
Зачем его модифицировать?
Прежде всего, будучи наноматериалом с множеством характеристик, нанооксид алюминия очень легко агломерируется благодаря чрезвычайно малому размеру частиц и высокой поверхностной энергии. Если явление агломерации особенно серьёзно, оно окажет значительное влияние на характеристики наноматериала оксида алюминия.
Кроме того, нанооксид алюминия может быть использован в качестве биопленки для медицинских исследований биологических препаратов, однако поверхностный заряд кристалла со сбалансированным поверхностным зарядом распределен неравномерно из-за наличия дефектов кристаллической решетки. Накопление дефектов поверхностного заряда и областей пространственного заряда на микронном уровне приводит к возникновению дипольного момента, похожего на сетку. При контакте биологических материалов с поверхностью таких порошков происходит обогащение, что приводит к закупорке пор и загрязнению мембраны.
Кроме того, благодаря своим изоляционным свойствам и высокой прочности оксид алюминия используется в качестве наполнителя в таких материалах, как покрытия и резина, для повышения твердости, теплоизоляции, пластичности и износостойкости материалов. Однако оксид алюминия является полярным веществом и плохо совместим с неполярными полимерными материалами.
Поэтому поверхностная модификация оксида алюминия привлекает большое внимание.
Модификация поверхности — это обработка поверхности твердых частиц физическими или химическими методами, то есть процесс целенаправленного изменения физико-химических свойств и морфологии поверхности частиц в соответствии с требованиями конкретного применения. В настоящее время существует два наиболее практичных метода модификации. Первый метод называется поверхностной органической модификацией, поскольку в нём используются преимущественно органические модификаторы, а второй – поверхностной органической модификацией.
Поверхностная органическая модификация
Цель поверхностной органической модификации ультрадисперсных порошковых частиц – сделать поверхность частиц гидрофобной путём связывания соответствующих органических групп, что улучшает их дисперсионные свойства и совместимость с поверхностью раздела в органических матрицах, таких как смолы, резина и краски, а также, следовательно, технологический процесс переработки продукции и комплексные механические свойства композитных материалов. В зависимости от типа химической структуры модификаторы подразделяются на высшие жирные кислоты или их соли, низшие жирные кислоты и связующие агенты.
(1) Физическая модификация покрытия
Физическая модификация покрытия или модификация обработки покрытия – это метод использования органических веществ (полимеров, смол, поверхностно-активных веществ, водорастворимых или маслорастворимых полимерных соединений, жирнокислотных мыл и т. д.) для нанесения покрытия на поверхность частиц с целью модификации. Это процесс простой модификации поверхности частиц.
(2) Химическая модификация поверхности
Химическая модификация поверхности достигается посредством химической реакции или химической адсорбции между модификатором поверхности и поверхностью частицы. Это наиболее широко используемый метод модификации в производстве.
(3) Прививочная модификация
Прививочная модификация — это процесс модификации, при котором мономерные олефины или полиолефины вводятся в поверхность порошка при определенных условиях внешнего возбуждения. Иногда после введения необходимо возбудить мономерный олефин для полимеризации мономерного олефина, связанного с поверхностью.
Модификация поверхностного покрытия
Модификация поверхностного покрытия относится к технологии модификации, заключающейся в равномерном покрытии поверхности частиц ультрадисперсного порошка оксида алюминия более мелкими твердыми частицами или твердыми пленками, тем самым изменяя состав поверхности, структуру, внешний вид и исходные функции частиц.
В зависимости от среды и формы реакции покрытия, природы и способа формирования модифицированного покрытия между частицами, методы модификации поверхностного покрытия можно разделить на метод химического осаждения, метод гидролизного покрытия, золь-гель метод, метод испарения растворителя, механохимический метод и газофазный метод. Из них первые три метода являются методами реакции растворения, то есть раствор растворимой соли осаждается с помощью осаждающих агентов и гидролиза, а затем наносится на поверхность частиц порошка, подлежащего модификации.