Разработка термореактивных смол, модифицированных графеном
Графен — это сотовый двумерный плоский материал, состоящий из одного слоя атомов углерода, соединенных гибридным способом sp2. Он обладает множеством превосходных свойств, таких как высокая подвижность носителей, высокая светопропускаемость, высокая удельная площадь поверхности, высокий модуль Юнга, высокая прочность на излом и т. д. Эти свойства делают графен идеальным наполнителем для улучшения характеристик термореактивных смол. Термореактивные смоляные материалы привлекли широкое внимание промышленности и академических кругов благодаря своим преимуществам, таким как высокая удельная прочность, большой удельный модуль, хорошая термическая стабильность и коррозионная стойкость.
Существует два основных способа модификации поверхности графенового порошка: модификация ковалентных связей и модификация нековалентных связей.
Модификация ковалентных связей — это метод, который использует химические реакции для достижения ковалентного связывания модификаторов на поверхности графена или специальную обработку графена для образования новых функциональных групп или химических связей, тем самым улучшая совместимость и диспергируемость графенового порошка в матрице смолы.
Модификация нековалентной связи в основном объединяет модифицированную группу с графеном посредством укладки π-π связей для достижения эффективной модификации графена. Преимущество этого метода заключается в том, что он улучшает диспергируемость графена без изменения химической структуры графена или введения новых ковалентных связей.
Для различных типов матриц термореактивной смолы необходимо выбрать подходящий метод модификации, чтобы порошок графена мог быть равномерно распределен в смоле без влияния на эксплуатационные характеристики матрицы смолы.
Как новый тип армирующего наполнителя, графен может быть равномерно распределен в матрице термореактивной смолы для значительного улучшения механических свойств, стойкости к абляции, электрических свойств, коррозионной стойкости и износостойкости композитного материала, тем самым расширяя область применения композитных материалов на основе термореактивной смолы.
Механические свойства
Графен может значительно улучшить механические свойства материалов на основе термореактивной смолы, благодаря чему композитные материалы имеют важное прикладное значение в областях машиностроения и автомобильных структурных деталей.
Антиабляционные характеристики
Добавление оксида графена улучшит теплопроводность композитного материала и ускорит отвод тепла, снижая линейную скорость абляции композитного материала на 62,08%. Добавление оксида графена способствует образованию углеродного слоя в матрице во время процесса абляции, повышая степень графитизации матрицы и образуя теплоизоляционный слой для предотвращения расширения тепла в материал, тем самым снижая линейную скорость абляции композитного материала и улучшая сопротивление абляции смоляного композитного материала.
Электрические свойства
Графен — это углеродный материал с двумерной сотовой решетчатой структурой, состоящей из sp2-гибридизованных атомов углерода. Превосходные структурные π-электроны обеспечивают сопряженный эффект, что значительно улучшает подвижность электронов. В то же время, в идеальных условиях, зона проводимости и валентная зона графена находятся в контакте в точке Дирака, так что электроны могут перемещаться между валентной зоной и зоной проводимости без энергетических помех, тем самым способствуя тому, чтобы графен имел превосходные электрические свойства.
Устойчивость к коррозии
Термореактивная смола является распространенным матричным материалом в материалах покрытий и имеет превосходную коррозионную стойкость, но отвержденный материал смолы будет образовывать микропоры или микрощели, что ослабляет защитные способности подложки. Химическая стабильность и барьерные свойства самого графена могут эффективно предотвращать проникновение едких агентов и предотвращать дальнейшую диффузию едких агентов в поверхность, когда они достигают поверхности металла, сводя к минимуму степень коррозионного повреждения защитной подложки, что делает его предпочтительным наполнителем для покрытий металлической подложки.
Применение термореактивной смолы, модифицированной графеном
В настоящее время термореактивная смола, модифицированная графеном, в основном используется в сверхпрочных антикоррозионных покрытиях, напыляемых на крупногабаритное оборудование (например, большие корабли, надводные платформы, ветряные турбины и т. д.) для предотвращения коррозии и продления срока службы; в будущем термореактивная смола, модифицированная графеном, также будет более широко использоваться в аэрокосмической промышленности, электронных компонентах и других областях.
Применение модифицированного кремнеземного порошка
Кремниевый порошок является очень важным неорганическим неметаллическим функциональным наполнителем, который может быть смешан с органическими полимерами и улучшить общую производительность композитных материалов. Он широко используется в электротехнике и электронике, силиконовой резине, покрытиях, клеях, заливочных материалах и других областях.
Сам по себе кремниевый порошок является полярным, гидрофильным веществом. Он имеет отличные от полимерной матрицы свойства интерфейса, плохую совместимость и часто трудно диспергируется в базовом материале. Поэтому для того, чтобы сделать композитный материал более превосходным, обычно необходимо модифицировать поверхность кремниевого порошка и целенаправленно изменять физические и химические свойства поверхности кремниевого порошка в соответствии с потребностями применения, чтобы улучшить его совместимость с органическими полимерными материалами и соответствовать требованиям к его дисперсии и текучести в полимерных материалах.
Медный ламинат
Медный ламинат представляет собой электронный базовый материал, изготовленный путем пропитки стекловолокна или других армирующих материалов смоляной матрицей, добавления различных наполнителей и покрытия одной или обеих сторон медной фольгой с помощью таких процессов, как регулировка клея и пропитка, а затем горячее прессование. Добавление модифицированного кремниевого порошка может снизить себестоимость производства ламинатов с медным покрытием и улучшить их термостойкость, проводимость и механические свойства.
Резина
Резина — это высокоэластичный полимерный материал с обратимой деформацией. Он может широко использоваться в электронике, автомобилестроении, гражданском строительстве, национальной обороне, медицине и здравоохранении, а также в предметах первой необходимости. В процессе приготовления резины добавление определенного количества неорганического наполнителя может не только снизить себестоимость производства резины, но и значительно улучшить комплексные физические свойства и динамические механические свойства резиновых композитных материалов.
Пластик
Кремниевый порошок может использоваться в качестве наполнителя в таких материалах, как полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), полипропилен (ПП), полифениленовый эфир (ППО) в процессе изготовления пластмасс. Он широко используется во многих областях, таких как строительство, автомобилестроение, изоляционные материалы для электронной связи, сельское хозяйство, предметы первой необходимости, национальная оборона и армия.
Эпоксидная формовочная масса
Эпоксидная формовочная масса — это формовочная масса, изготовленная из различных добавок. Это ключевой материал для электронной упаковки, на долю которого приходится более 97% рынка микроэлектронной упаковки. Он может широко использоваться в полупроводниках, бытовой электронике, интегральных схемах, авиации, военной промышленности и других областях упаковки.
Эпоксидное литье
Эпоксидный изоляционный литьевой материал представляет собой жидкую или вязкую полимеризуемую смоляную смесь, состоящую из смолы, отвердителя, наполнителя и т. д. При температуре заливки литье имеет хорошую текучесть и меньше летучих веществ, быстрое отверждение и небольшую усадку после отверждения. Эпоксидная смола, образующаяся после литья, является изоляционным продуктом, который объединяет несколько функций, таких как изоляция, влагостойкость, защита от плесени, антикоррозионная защита, фиксация и изоляция.
Электронный клей для заливки
Клей для заливки часто используется в электронных компонентах, в основном для склеивания, герметизации, барьера и защиты. Он жидкий до отверждения и имеет определенную текучесть. Вязкость клея варьируется в зависимости от материала, производительности и производственного процесса продукта, и его потребительская ценность может быть реализована только после полного затвердевания клея.
Искусственный кварцевый камень
Кремниевый порошок используется в качестве наполнителя в искусственном кварцевом камне, что может не только сократить расход ненасыщенной смолы, но и улучшить износостойкость, кислото- и щелочестойкость, механическую прочность и другие свойства искусственной кварцевой пластины.
Различные области применения кремниевого микропорошка имеют разные требования к качеству. Поэтому при выборе области применения кремниевого микропорошка его следует сочетать с потребностями отраслей промышленности, а также следует учитывать комплексную стоимость, эффективность, производительность и другие факторы для выбора подходящего типа кремниевого микропорошка, модификатора и формулы. С непрерывным улучшением экономики и общества моей страны в настоящее время исследования по применению модифицированного кремниевого микропорошка будут в основном сосредоточены на высококачественных медных плакированных ламинатах, высокопроизводительных клеях, изоляционных материалах и других высокотехнологичных областях, производимых с использованием сферического кремниевого микропорошка в качестве сырья. Основным направлением применения модифицированного кремниевого микропорошка в будущем станет его усовершенствование и функциональная специализация.
Обычное оборудование для модификации поверхности порошка
Факторы, влияющие на эффект модификации порошка, включают свойства исходных материалов порошка, методы модификации, процессы модификации, модификаторы и их формулы, а также оборудование для модификации. Когда процесс модификации порошка и модификатор или формула определены, оборудование для модификации становится ключевым фактором, влияющим на эффект модификации порошка.
Оборудование для модификации порошка в основном выполняет три обязанности: одна — смешивание, вторая — дисперсия, а третья — расплавление модификатора в оборудовании и хорошее соединение с порошком. Кроме того, оборудование для модификации порошка также должно иметь меньшее потребление энергии и износ, отсутствие пылевого загрязнения, простоту эксплуатации оборудования и стабильную работу.
1. Высокоэффективный гибридный модификатор HEM
Высокоэффективный гибридный модификатор HEM имеет шесть групп перемешивающих лопастей, 24 подвижных ножа и направляющих пластин. Материалы полностью перемешиваются повторно в бункере и повторно взаимодействуют с добавками, так что материалы поглощают добавки, так что добавки равномерно покрывают поверхность порошка.
2. Высокоскоростной нагревательный смеситель
Высокоскоростной нагревательный смеситель является одним из наиболее часто используемых видов оборудования для химического покрытия и модификации неорганических порошков, таких как неорганические наполнители или пигменты. Это смесительное оборудование, широко используемое в промышленности по переработке пластиковых изделий.
3. Непрерывный порошковый модификатор поверхности SLG
Непрерывный порошковый модификатор поверхности SLG в основном состоит из термометра, выпускного отверстия, воздухозаборника, воздуховода, основной машины, загрузочного отверстия, дозирующего насоса и питателя.
4. Высокоскоростной воздушный ударный модификатор поверхности
Основная конструкция в основном состоит из высокоскоростного вращающегося ротора, статора, циркуляционного контура, крыла, рубашки, устройства подачи и выгрузки. Вся система состоит из смесителя, дозирующего подающего устройства, высокоскоростного воздушного ударного модификатора поверхности, устройства сбора продукта, устройства управления и т. д.
5. Горизонтальный лопастной смеситель
Горизонтальный лопастной смеситель представляет собой прерывистый порошковый модификатор поверхности с горизонтальным цилиндром и одноосной многолопастной структурой. В основном состоит из передаточного механизма, главного вала, цилиндра, торцевой крышки и т. д.
6. Турбинная (ротационная) мельница
В основном состоит из основания машины, приводной части, камеры дробления, регулировки зазора и впускного и выпускного отверстий. Характерной особенностью является то, что тепло, выделяемое в процессе сверхтонкого измельчения (50℃～60℃), используется для введения измельченного сверхтонкого порошка в вихревую мельницу, а предварительно нагретый и расплавленный модификатор стеариновой кислоты дозируется для выполнения непрерывной модификации поверхности.
7. Турбомельница
Турбомельница в основном состоит из деполимеризационного колеса, разгрузочной дверцы, воздухозаборника, классификатора, загрузочного отверстия, многоканального входа поверхностного диспергатора и питателя.
Наконец, принципы выбора оборудования для модификации поверхности суммируются следующим образом:
(1) Хорошая диспергируемость порошка и поверхностного модификатора. Только при хорошей диспергируемости порошок и поверхностный модификатор могут иметь относительно равные возможности и эффект, а количество поверхностного модификатора может быть уменьшено.
(2) Температура модификации и время пребывания регулируются в определенном диапазоне.
(3) Низкое потребление энергии на единицу продукции и низкий износ. Помимо модификатора, основными расходами на модификацию поверхности являются потребление энергии. Оборудование для модификации с низким потреблением энергии может снизить производственные затраты и повысить конкурентоспособность продукции; низкий износ позволяет не только избежать загрязнения модифицированных материалов, но и повысить эффективность работы оборудования и снизить эксплуатационные расходы.
(4) Меньше загрязнения пылью. Выброс пыли во время процесса модификации не только загрязняет производственную среду, но и вызывает потерю материала, что приводит к увеличению себестоимости продукции. Поэтому необходимо исследовать загрязнение оборудования пылью.
(5) Непрерывное производство, простота эксплуатации и низкая трудоемкость.
(6) Плавная и надежная работа.
(7) Высокий уровень автоматического управления, который может автоматически регулировать объем обработки, количество добавляемого модификатора, температуру модификации, время пребывания и другие факторы в соответствии со свойствами материала и свойствами модификатора поверхности.
(8) Производственная мощность оборудования должна соответствовать проектному масштабу производства. При увеличении проектных масштабов производства следует выбирать максимально крупногабаритное оборудование, чтобы сократить количество оборудования, уменьшить занимаемую площадь, снизить производственные затраты и упростить управление.
Узнайте больше о производственной линии оборудования для обработки порошков общего назначения
Оборудование для обработки порошка является незаменимым основным компонентом в современном промышленном производстве. Они проходят через несколько ключевых технологических потоков, таких как транспортировка порошкового сырья, измельчение, классификация, обработка поверхности, разделение твердого и твердого, разделение жидкости и твердого, разделение газа и твердого, сушка, смешивание, грануляция, формование, обжиг/кальцинирование, охлаждение, упаковка и складирование.
Подача/подача: вибрационный питатель, электромагнитный вибрационный питатель, шнековый питатель, дисковый питатель, роторный питатель
Транспортировка: ленточный конвейер, цепной конвейер, ковшовый элеватор, пневматический конвейер, гидравлический конвейер, винтовой конвейер
Обычно используемое промышленное оборудование для транспортировки порошка и частиц
1 винтовой конвейер
2 трубчатый цепной конвейер
3 пневматическое транспортное оборудование с положительным давлением
Дробильная мельница
Щековая дробилка: использует подвижную щеку для периодического приближения и отхода от неподвижной щеки для дробления материалов.
Конусная дробилка: использует качающийся подвижный конус для периодического приближения и отхода от неподвижного конуса для дробления материалов.
Молотковая дробилка: использует удар, создаваемый вращением головки молота, шарнирно закрепленной на роторе, для дробления материалов.
Ударная дробилка: использует удар пластинчатого молота, жестко закрепленного на роторе, и ударной пластины для дробления материалов.
Срезающая дробилка: использует относительно быстрое движение между движущимися и неподвижными острыми лезвиями для дробления материалов.
Валковая мельница: использует синхронно вращающиеся экструзионные ролики для дробления материалов.
Ударная мельница: использует горизонтальные высокоскоростные вращающиеся импеллеры для центробежного движения материалов с высокой скоростью, а также столкновения и дробления друг друга в вихревой камере.
Шаровая мельница/трубчатая мельница: использует удар, измельчение и сдвиг мелющих тел во вращающемся цилиндре для дробления материалов. Мелющие тела имеют сферическую, короткую столбчатую, стержневую форму и т. д.
Просеивающая мельница: используйте мельницу с просеивающим механизмом для дробления и классификации измельченных материалов.
Вибрационная мельница: использует удар, измельчение и сдвиг мелющих тел в вибрационном цилиндре для измельчения материала.
Башенная мельница/вертикальная мешалка: использует удар, измельчение и сдвиг мелющих тел, приводимых в действие вертикальным механизмом перемешивания, для измельчения материала.
Горизонтальная мешалка: использует удар, измельчение и сдвиг мелющих тел, приводимых в действие горизонтальным механизмом перемешивания, для измельчения материала.
Вертикальная мельница/колесная мельница: использует относительное вращение мелющего диска и мелющего валка для измельчения и дробления материала и классификации измельченного материала, например, мельница Raymond, мельница Loesche и т. д.
Кольцевая валковая мельница: использует вращение и вращение мелющего кольца (валика) для измельчения материала между мелющим кольцом и мелющим кругом путем удара, столкновения, сдвига.
Горизонтальная валковая мельница: вращающийся цилиндр заставляет материал зажиматься между стенкой цилиндра и роликом высокого давления, и многократно сжимается, измельчается, сдвигается и дробится.
Планетарная мельница: использует удар и измельчение мелющих тел, приводимых в движение вращением и вращением измельчающего цилиндра, для измельчения материала.
Коллоидная мельница: материал разрезается и измельчается между высокоскоростными вращающимися зубьями и неподвижными зубьями и эффективно эмульгируется и диспергируется.
Воздушный измельчитель: материал измельчается за счет сильного столкновения, удара и трения между материалами или между материалами и стенкой устройства с использованием высокоскоростного воздушного потока.
Мощная мельница: дискообразный ролик движется по нижней дорожке, многократно применяя прокатку и сдвиг для измельчения материала.
Боковая мельница: цилиндрический ролик приводится в движение вращающимся валом, а боковая стенка создает эффект экструзии для измельчения материала.
Классификация
Просеивающая машина: классификация выполняется с использованием сит, включая горизонтальные сита, вибрационные сита, резонансные сита, барабанные сита и т. д.
Стационарный грохот: классификация выполняется с использованием наклонной пластины сита, состоящей из параллельных решетчатых прутков.
Гравитационный седиментационный классификатор: классификация выполняется с использованием разницы в конечной скорости осаждения частиц в жидкости.
Циклон: под действием центробежной силы более крупные частицы отбрасываются к стенке устройства и вращаются вниз для выгрузки, а более мелкие частицы вращаются вверх для выгрузки для достижения классификации.
Центробежный порошковый классификатор: использует различные траектории движения частиц в центробежном поле для достижения разделения газа и твердого вещества или классификации порошка.
Циклонный порошковый классификатор: использует поворотный стол для приведения в движение лопастей для классификации порошка.
Роторный классификатор: когда двухфазный поток газа и твердого вещества проходит через зазор между лопастями высокоскоростного ротора, крупные частицы выбрасываются в направлении центробежной силы, тем самым классифицируя.
Дисперсионный классификатор: материал диспергируется и рассеивается в области дисперсии, а затем поступает в область классификации.
Поверхностная модификация (активация) талька и его применение в пластмассах и покрытиях
Тальк — это гидратированный силикат с химической формулой 3MgO·4SiO2·H2O. Его кристаллическая форма может быть чешуйчатой, листовой, игольчатой и блочной.
Структура чистого талька состоит из слоя брусита (гидроксида магния, MgO·H2O), зажатого между двумя слоями кремнезема, причем слои накладываются друг на друга, а соседние слои талька связаны слабыми силами Ван-дер-Ваальса. При сдвиге слои могут легко скользить друг по другу.
Тальк инертен к большинству химических реагентов, не разлагается при контакте с кислотой, является плохим проводником электричества, имеет низкую теплопроводность и высокую стойкость к тепловому удару и не разлагается при нагревании до 900 °C.
Эти превосходные свойства талька делают его хорошим наполнителем и широко используются в областях пластмасс и покрытий, но гидрофильная поверхность талька ограничивает его применение в некоторых гидрофобных областях. Для дальнейшего улучшения его характеристик и расширения областей применения необходима модификация поверхности.
1. Методы модификации поверхности и обычно используемые модификаторы для талька
(1) Обычно используемые модификаторы поверхности для талька
Чтобы улучшить связь талька с полимерами, в настоящее время для модификации используются два основных типа модификаторов:
Связующие агенты: в основном титанаты, алюминаты, силаны и стеариновые кислоты. Чаще используются титанаты. Их молекулярная структура — R´-O-Ti-(O-X-R-Y)n, где R´O- может реагировать с химической структурой поверхности наполнителя, R — длинноцепочечная запутанная группа с жирной или ароматической структурой, которая может улучшить совместимость между полимером и наполнителем, а Y — активная реактивная группа, которая может сшиваться или связываться в полимерной системе наполнения.
Поверхностно-активные вещества: в основном додецилбензолсульфонат натрия, додецилсульфонат натрия, бромид додецилтриметиламмония, хлорид додецилтриметиламмония, олефинсульфонат натрия и т. д., которые оказывают такое же действие, как связующие агенты, улучшая совместимость полимеров и наполнителей, но их механизм связывания с поверхностью наполнителя отличается от механизма связывания связующих агентов.
(2) Методы модификации поверхности талька
Модификация поверхностного покрытия: Покрытие поверхности частиц поверхностно-активными веществами для придания частицам новых свойств является распространенным методом в настоящее время.
Механохимический метод: Метод модификации, который использует дробление, трение и другие методы для повышения поверхностной активности. Этот метод заключается в дроблении и трении относительно крупных частиц для их уменьшения.
Модификация внешней пленки: Метод равномерного покрытия слоя полимера на поверхности частиц для изменения поверхностных свойств частиц. Для талька его можно сначала измельчить и активировать, затем адсорбировать поверхностно-активными веществами при определенных условиях, а затем адсорбировать мономерами через поверхностно-активные вещества, и, наконец, мономеры подвергаются полимеризации для достижения эффекта поверхностного покрытия.
Локальная активная модификация: используйте химические реакции для образования различных функциональных групп на поверхности частиц для достижения цели модификации поверхности.
Высокоэнергетическая модификация поверхности: используйте высокоэнергетический разряд, ультрафиолетовые лучи, плазменные лучи и т. д. для модификации поверхности частиц. Этот метод использует огромную энергию, генерируемую высокоэнергетическим разрядом, ультрафиолетовыми лучами, плазменными лучами и т. д., для модификации поверхности частиц, делая их поверхности активными. Улучшите совместимость частиц и полимеров.
Модификация реакцией осаждения: модификация с использованием реакции осаждения. Этот метод использует эффект осаждения для покрытия поверхности частиц для достижения эффекта модификации.
2. Применение талька в области пластмасс
Тальк заполняет пластмассы для улучшения жесткости, стабильности размеров и смазывающей способности изделий, предотвращения высокотемпературной ползучести, снижения износа формовочного оборудования и повышения твердости и сопротивления ползучести полимера за счет заполнения, в то время как ударная вязкость остается в основном неизменной. При правильном обращении он может улучшить стойкость полимеров к тепловому удару, улучшить усадку при формовании пластмасс, модуль упругости при изгибе и предел текучести изделий при растяжении.
Применение в полипропиленовых материалах: это применение наиболее широко изучено и широко используется. В настоящее время он широко используется в автомобильных деталях, таких как автомобильные бамперы, периферийные детали двигателя, детали кондиционера, приборные панели, фары, шасси, педали и другие детали.
Применение в автомобилях: полипропиленовые материалы имеют широкий спектр источников, низкую плотность и могут быть модифицированы для улучшения их физических и химических свойств. Это может снизить затраты, уменьшить вес и сократить расход топлива без ухудшения механических свойств. Например, автомобильный вентилятор охлаждения, изготовленный из полипропиленовых материалов, наполненных тальком, не только легкий и бесшумный, но и повышает эффективность охлаждения.
23 области применения каолина
(1) Керамическая промышленность
Керамическая промышленность является первой отраслью промышленности, в которой использовался каолин, и отраслью с наибольшим количеством каолина. Общее количество составляет от 20% до 30% формулы. Роль каолина в керамике заключается в добавлении Al2O3, который может улучшить ее химическую стабильность и прочность при спекании.
(2) Резина
Введение каолина в коллоидную смесь каучука позволяет повысить химическую стабильность, износостойкость и механическую прочность каучука, продлить время отверждения, улучшить реологические свойства, свойства смешивания и вулканизационные свойства каучука, повысить вязкость невулканизированного продукта. и предотвратить его погружение, разрушение, провисание, деформацию, плоские трубки и т. д.
(3) Красочные пигменты
Каолин уже давно используется в качестве наполнителя красок и лаков из-за его белого цвета, низкой цены, хорошей текучести, стабильных химических свойств и большой поверхностной катионообменной способности.
(4) Огнеупорные материалы
Каолин обладает хорошими огнеупорными свойствами и часто используется для производства огнеупорных изделий.
(5) Катализаторы
Каолин можно использовать непосредственно или после модификации кислотой или щелочью в качестве матрицы катализатора, или его можно синтезировать в молекулярные сита или катализаторы, содержащие молекулярные сита Y-типа, посредством технологии кристаллизации in-situ.
(6) Материалы кабеля
Производство кабелей с высокой изоляцией требует добавления чрезмерного количества присадок, улучшающих электрические характеристики.
(7) Область смазки
Каолин имеет слоистую структуру и небольшой размер частиц, что обеспечивает хорошую смазывающую способность.
(8) Очистка сточных вод тяжелых металлов
Каолин имеет обильные запасы, обширные источники и низкие цены. Его естественная двумерная слоистая структура обеспечивает большую удельную поверхность и хорошие адсорбционные характеристики.
(9) Использование вторичных ресурсов
Модифицированный каолин также используется в области утилизации вторичных ресурсов для восстановления ионов металлов.
(10) Переработка деградировавших нефтепродуктов
В настоящее время наиболее распространенным методом очистки деградировавших нефтепродуктов является адсорбционная регенерация, которую в основном производят алюмосиликатными адсорбентами, изготовленными из переработанного бентонита, каолина и др.
(11) Материалы для хранения тепла с фазовым переходом
Используя диметилсульфоксид (ДМСО) в качестве интеркалирующего агента, каолин на основе угля интеркалировали и модифицировали методом интеркаляции в расплаве, а интеркалированный каолин использовали в качестве матрицы.
(12) Материалы для хранения солнечной энергии
Используя каолин и стеарат натрия в качестве сырья, получают новый тип теплоаккумулирующего материала каолин/стеарат натрия с фазовым превращением.
(13) Молекулярные сита
Каолин богат запасами, дешев по цене и имеет высокое содержание алюминия и кремния, что делает его хорошим сырьем для изготовления молекулярных сит.
(14) Каолинитовые органические интеркаляционные материалы
Метод интеркаляции обычно включает в себя введение органических молекул или слоистых полимеров в слоистые неорганические материалы для получения интеркаляционных композиционных материалов.
(15) Наноматериалы
Благодаря своему особому размеру наноматериалы обладают многими уникальными свойствами, такими как защита от ультрафиолетовых лучей и электромагнитных волн, и используются в военной, коммуникационной, компьютерной и других отраслях; добавление наноглины в процесс производства кулеров для воды и холодильников оказывает антибактериальное и дезинфицирующее действие; добавление наноглины в производство керамики позволяет повысить прочность керамики в 50 раз и использовать ее для изготовления деталей двигателей.
(16) Подготовка стекловолокна
Каолин является важным сырьем для производства стекловолокна, обеспечивая Al2O3 и SiO2 для стекловолокна.
(17) Мезопористые кремнеземные материалы
Мезопористые материалы – это материалы с размером пор от 2 до 50 нм. Они обладают большой пористостью, адсорбционной способностью и удельной поверхностью.
(18) Кровоостанавливающие материалы
Неконтролируемое кровотечение после травмы является основной причиной высокой смертности. На основе способности природного кровоостанавливающего агента дайжеши останавливать кровотечение был успешно синтезирован новый тип композитного материала наноглины оксида железа и каолина.
(19) Перевозчик наркотиков
Каолин представляет собой слоистый кристалл 1:1 с плотным и равномерным расположением и большой удельной поверхностью. Его часто используют в качестве материала с пролонгированным высвобождением.
(20) Антибактериальный материал
(21) Тканевая инженерия
Используя каолин в качестве связующего, был успешно получен трехмерный каркас MBG с превосходной механической прочностью, способностью к минерализации и хорошим клеточным ответом с использованием темплатного метода модифицированного пенополиуретана (ПУ).
(22) Косметика
Каолин можно использовать в качестве добавки в косметике для улучшения впитывания масла и воды, повышения сродства косметики к коже и улучшения увлажняющей функции.
(23) Применение каолина в бумажной промышленности.
В бумажной промышленности международный рынок каолина относительно процветает, а объем его продаж превышает объемы продаж керамики, резины, красок, пластмасс, огнеупорных материалов и других отраслей.
Модификация поверхности графитовых анодных материалов
Графит — первый коммерчески применяемый материал отрицательного электрода для литий-ионных аккумуляторов. После трех десятилетий разработок графит по-прежнему остается самым надежным и широко используемым материалом для отрицательных электродов.
Графит имеет хорошую слоистую структуру: атомы углерода расположены в шестиугольной форме и простираются в двумерном направлении. В качестве материала отрицательного электрода для литий-ионных аккумуляторов графит обладает высокой селективностью по отношению к электролитам, плохими характеристиками заряда и разряда при сильном токе, а во время первого процесса зарядки и разрядки сольватированные ионы лития будут внедряться в графитовые прослойки, восстанавливаться и разлагаться до производят новые вещества, вызывающие объемное расширение, что может непосредственно привести к разрушению графитового слоя и ухудшению циклических характеристик электрода. Поэтому необходима модификация графита для повышения его обратимой удельной емкости, улучшения качества пленки SEI, повышения совместимости графита с электролитом и улучшения его циклических характеристик. В настоящее время модификация поверхности графитовых отрицательных электродов в основном делится на механическое шаровое измельчение, поверхностное окисление и обработку галогенированием, покрытие поверхности, легирование элементов и другие способы.
Метод механического шарового измельчения
Метод механического шарового измельчения заключается в изменении структуры и морфологии поверхности графитового отрицательного электрода физическими средствами для увеличения площади поверхности и площади контакта, тем самым улучшая эффективность хранения и высвобождения ионов лития.
1. Уменьшение размера частиц. Механическая шаровая мельница может значительно уменьшить размер частиц графита, так что материал графитового отрицательного электрода имеет большую удельную площадь поверхности. Меньший размер частиц способствует быстрой диффузии ионов лития и повышает производительность аккумулятора.
2. Введение новых фаз. В процессе шарового измельчения частицы графита могут претерпевать фазовые изменения из-за механических сил, например, из-за введения новых фаз, таких как ромбоэдрические фазы.
3. Увеличение пористости. Шаровая мельница также приводит к образованию большого количества микропор и дефектов на поверхности частиц графита. Эти пористые структуры могут служить быстрыми каналами для ионов лития, улучшая скорость диффузии ионов лития и эффективность заряда и разряда аккумулятора.
4. Улучшение проводимости: хотя механическая шаровая мельница сама по себе не меняет проводимость графита напрямую, за счет уменьшения размера частиц и введения пористой структуры контакт между графитовым отрицательным электродом и электролитом может быть более достаточным, тем самым улучшая проводимость и электрохимические характеристики аккумулятора.
Окисление поверхности и обработка галогенированием
Обработка окислением и галогенированием может улучшить межфазные химические свойства материалов графитовых отрицательных электродов.
1. Окисление поверхности
Поверхностное окисление обычно включает газофазное окисление и жидкофазное окисление.
2. Поверхностное галогенирование
В результате галогенирующей обработки на поверхности природного графита образуется структура CF, которая может повысить структурную стабильность графита и предотвратить выпадение графитовых чешуек во время цикла.
Покрытие поверхности
Модификация поверхностного покрытия материалов графитовых отрицательных электродов в основном включает покрытие из углеродного материала, металлическое или неметаллическое и его оксидное покрытие, а также полимерное покрытие. Цель улучшения обратимой удельной емкости, первого кулоновского КПД, производительности цикла и характеристик сильноточного заряда и разряда электрода достигается за счет поверхностного покрытия.
1. Покрытие из углеродного материала
Слой аморфного углерода наносится на внешний слой графита для получения композитного материала C/C со структурой «ядро-оболочка», так что аморфный углерод контактирует с растворителем, избегая прямого контакта между растворителем и графитом, и предотвращает отслоение графитового слоя, вызванное встраиванием молекул растворителя.
2. Металл или неметалл и их оксидное покрытие.
Покрытие металла и его оксида в основном достигается путем нанесения слоя металла или оксида металла на поверхность графита. Металлическое покрытие может увеличить коэффициент диффузии ионов лития в материале и улучшить скоростные характеристики электрода.
Неметаллическое оксидное покрытие, такое как Al2O3, аморфное Al2O3, покрывающее поверхность графита, может улучшить смачиваемость электролита, снизить диффузионное сопротивление ионов лития и эффективно ингибировать рост дендритов лития, тем самым улучшая электрохимические свойства графитовых материалов.
3. Полимерное покрытие
Неорганические оксиды или металлические покрытия хрупкие, их трудно наносить равномерно и их легко повредить. Исследования показали, что графит, покрытый солями органических кислот, содержащими двойные связи углерод-углерод, более эффективен для улучшения электрохимических характеристик.
Роль сульфата бария, порошка слюды и каолина в порошковых покрытиях.
Наполнители в порошковых покрытиях могут не только снизить затраты, но и сыграть большую роль в улучшении характеристик лакокрасочных изделий. Такие как улучшение износостойкости и устойчивости покрытия к царапинам, уменьшение провисания покрытия во время выравнивания расплава, улучшение коррозионной стойкости и улучшение влагостойкости.
При выборе наполнителей для порошковых покрытий необходимо учитывать такие факторы, как плотность, дисперсионные характеристики, гранулометрический состав и чистота. Вообще говоря, чем выше плотность, тем меньше покрывающая способность порошкового покрытия; дисперсность крупных частиц лучше, чем у мелких; наполнитель химически инертен и может избегать реакции с некоторыми компонентами формулы порошка, такими как пигменты; цвет наполнителя должен быть максимально белым. Порошковые материалы-наполнители, обычно используемые в порошковых покрытиях, представляют собой в основном карбонат кальция, сульфат бария, тальк, порошок слюды, каолин, кремнезем, волластонит и т. д.
Применение сульфата бария в порошковых покрытиях
Сульфат бария, используемый в качестве пигмента в покрытиях, бывает двух видов: природный и синтетический. Натуральный продукт называется баритовым порошком, а синтетический — осажденным сульфатом бария.
В порошковых покрытиях осажденный сульфат бария может улучшить выравнивание и сохранение блеска порошковых покрытий, а также обладает хорошей совместимостью со всеми пигментами. Благодаря этому порошковые покрытия достигают идеальной толщины покрытия и высокой скорости нанесения порошкового покрытия в процессе распыления.
Баритовый порошковый наполнитель в основном используется в промышленных грунтовках и автомобильных промежуточных покрытиях, для которых требуется высокая прочность покрытия, высокая заполняющая способность и высокая химическая инертность, а также используется в верхних покрытиях, требующих более высокого блеска. В латексной краске из-за высокого показателя преломления барита (1,637) мелкий порошок барита может выполнять функцию полупрозрачного белого пигмента и заменять часть диоксида титана в покрытиях.
Ультрамелкий сульфат бария обладает характеристиками большого количества наполнителя, хорошей яркостью, хорошим выравниванием, сильным сохранением блеска и хорошей совместимостью со всеми пигментами. Это самый идеальный наполнитель для порошковых покрытий.
Применение порошка слюды в порошковых покрытиях
Порошок слюды представляет собой сложный силикатный состав, частицы чешуйчатые, термостойкость, отличная стойкость к кислотам и щелочам, что влияет на текучесть расплава порошковых покрытий. Обычно он используется в термостойких и изолирующих порошковых покрытиях и может использоваться в качестве наполнителя для текстурного порошка.
Применение каолина в порошковых покрытиях
Каолин может улучшить тиксотропность и противоседиментационные свойства. Обожженная глина не влияет на реологические свойства, но может оказывать матирующий эффект, увеличивать укрывистость и повышать белизну, как необработанная глина, подобная тальку.
Каолин обычно обладает высоким водопоглощением и не пригоден для улучшения тиксотропии покрытий и получения гидрофобных покрытий. Размер частиц каолиновых продуктов составляет от 0,2 до 1 мкм. Каолин с крупным размером частиц обладает низким водопоглощением и хорошим матирующим эффектом. Каолин с мелким размером частиц (менее 1 мкм) можно использовать для полуглянцевых покрытий и внутренних покрытий.
Каолин еще называют гидратированным силикатом алюминия. По различным методам обработки каолин можно разделить на прокаленный каолин и промытый каолин. Вообще говоря, маслопоглощение, непрозрачность, пористость, твердость и белизна прокаленного каолина выше, чем у промытого каолина, но цена также выше, чем у промытого каолина.
14 применений белого технического углерода
Применение в шинах
Кремнезем используется в качестве армирующего агента, наибольшее количество которого приходится на каучуковую отрасль, составляя 70% от общего количества. Кремнезем может значительно улучшить физические свойства резины, уменьшить гистерезис резины и снизить сопротивление качению шины, не теряя при этом ее противоскользящих свойств.
Применение в пеногасителях
Обычно существует два типа коллоидного кремнезема: гидрофильный и гидрофобный. Гидрофобный продукт получают химической обработкой поверхности гидрофильного продукта.
Применение в лакокрасочной промышленности
Кремнезем можно использовать в качестве реологической добавки, антиосаждающего агента, диспергатора и матирующего агента при производстве покрытий, играя роль загущающего, противоосаждающего, тиксотропного и матирующего агента. Он также может улучшить устойчивость покрытия к атмосферным воздействиям и царапинам, улучшить прочность сцепления между покрытием и подложкой и твердость покрытия, улучшить стойкость покрытия к старению, а также улучшить характеристики поглощения ультрафиолетового излучения и отражения инфракрасного света.
Применение в электронной упаковке
За счет полного диспергирования поверхностно-активно обработанного коллоидного диоксида кремния в матрице герметизирующего клея из модифицированной силиконом эпоксидной смолы время отверждения герметизирующего материала может быть значительно сокращено (2,0-2,5 часа), а температура отверждения может быть снижена до комнатной температуры. так что характеристики герметизации OLED-устройства значительно улучшаются.
Применение в пластмассах
Кремнезем также часто используется в новых пластмассах. Добавление небольшого количества кремнезема при пластическом смешивании даст значительный эффект армирования, улучшит твердость и механические свойства материала, тем самым улучшив технологию обработки и эксплуатационные характеристики изделия.
Применение в керамике
Использование коллоидного кремнезема вместо нано-Al2O3 для добавления в фарфор 95 может не только играть роль наночастиц, но и быть частицей второй фазы, которая не только улучшает прочность и ударную вязкость керамических материалов, но также улучшает твердость и эластичность. модуль материала. Эффект более идеален, чем добавление Al2O3.
Применение в бумажной промышленности
В бумажной промышленности продукты из коллоидного диоксида кремния можно использовать в качестве проклеивающих веществ для улучшения белизны и непрозрачности бумаги, а также для улучшения маслостойкости, износостойкости, ощущения на ощупь, печати и блеска. Его также можно использовать для сушки рисунков, что обеспечивает хорошее качество поверхности бумаги, стабильность чернил и отсутствие трещин на обратной стороне.
Применение в зубной пасте
В настоящее время осажденный кремнезем является основным типом фрикционного агента для зубных паст. Осажденный кремнезем имеет большую общую удельную поверхность, сильную адсорбционную способность, большее количество адсорбируемых веществ и однородные частицы, что способствует улучшению прозрачности. Благодаря своим стабильным свойствам, нетоксичности и безвредности, он является хорошим сырьем для зубной пасты.
Применение в косметике
Превосходные свойства диоксида кремния, такие как нетоксичность, отсутствие запаха и легкое окрашивание, делают его широко используемым в косметической промышленности. Кремнезем используется в средствах по уходу за кожей и косметике, чтобы сделать кожу гладкой и мягкой («эффект шарикоподшипника»), а создаваемый «эффект мягкого фокуса» позволяет равномерно распределять свет, излучаемый на поверхность кожи, так что на ней появляются морщины и пятна. кожи нелегко обнаружить.
Применение белого технического углерода в резиновой обуви
Белый технический углерод имеет высокую степень черноты и мелкие частицы. Вулканизированная резина, изготовленная из прозрачной белой сажи, имеет высокую прозрачность и может улучшить комплексные физические свойства резины.
Применение в фармацевтической промышленности
Белый технический углерод обладает физиологической инертностью, высокой поглощаемостью, диспергируемостью и загущающими свойствами и широко используется в фармацевтических препаратах.
Аппликация чернилами
Кремнезем также используется для контроля потока чернил в принтере, чтобы он не мог произвольно течь или провисать для получения четкой печати. В банках для напитков он контролирует использование высокоскоростного распыления покрытия. Диоксид кремния также используется в качестве диспергатора и агента регулирования текучести в тонере копировальных аппаратов и лазерных принтеров.
Применение в пестицидах
Кремнезем можно использовать в пестицидах, гербицидах и инсектицидах. Добавление небольшого количества коллоидного кремнезема и осажденного кремнезема в смесь двух распространенных гербицидов, динитроанилина и мочевины, предотвратит агломерацию смеси.
Применение в повседневных нуждах
Пакеты для упаковки пищевых продуктов с добавлением кремнезема позволяют сохранить фрукты и овощи свежими. Белый технический углерод также можно использовать как высокоэффективный фунгицид для профилактики и лечения различных заболеваний плодов; при производстве алкогольных напитков добавление небольшого количества белой сажи позволяет очистить пиво и продлить срок его хранения.
Модификатор поверхности порошка
Модификация поверхностного покрытия означает, что модификатор поверхности не вступает в химическую реакцию с поверхностью частицы, а покрытие и частица соединяются силой Ван-дер-Ваальса. Этот метод применим для модификации поверхности практически всех видов неорганических частиц. В этом методе в основном используются неорганические соединения или органические соединения для покрытия поверхности частиц, чтобы ослабить агломерацию частиц. Кроме того, покрытие создает стерическое отталкивание, что очень затрудняет повторную агломерацию частиц. Модификаторы, используемые для модификации покрытий, включают поверхностно-активные вещества, гипердиспергаторы, неорганические вещества и др.
Химическая модификация поверхности завершается химической реакцией или химической адсорбцией между модификатором поверхности и поверхностью частицы. Механохимическая модификация — это метод модификации, который изменяет структуру минеральной решетки, форму кристаллов и т. д. посредством механических методов, таких как дробление, измельчение и трение, увеличивает внутреннюю энергию системы, повышает температуру, способствует растворению частиц, термическому разложение, генерирует свободные радикалы или ионы, повышает поверхностную активность минералов и способствует реакции или взаимному прилипанию минералов и других веществ для достижения цели модификации поверхности.
Метод реакции осаждения заключается в добавлении осадителя в раствор, содержащий частицы порошка, или в добавлении вещества, которое может инициировать образование осадителя в реакционной системе, так что модифицированные ионы подвергаются реакции осаждения и осаждаются на поверхности частицы, тем самым покрывая частицы. Метод осаждения можно в основном разделить на метод прямого осаждения, метод равномерного осаждения, метод неравномерного осаждения, метод совместного осаждения, метод гидролиза и т. д.
Капсульная модификация — это метод модификации поверхности, при котором поверхность частиц порошка покрывается пленкой однородной и определенной толщины. Метод высокоэнергетической модификации — это метод модификации путем инициирования реакции полимеризации плазменной или радиационной обработкой.
Существует множество типов модификаторов поверхности, а единого классификационного стандарта пока не существует. В зависимости от химических свойств модификатора поверхности его можно разделить на органические модификаторы и неорганические модификаторы, которые используются для органической модификации поверхности и неорганической модификации поверхности порошков соответственно. Модификаторы поверхности включают связующие агенты, поверхностно-активные вещества, олигомеры полиолефинов, неорганические модификаторы и т. д.
Модификация поверхности порошков во многом достигается за счет воздействия модификаторов поверхности на поверхность порошков. Таким образом, состав модификаторов поверхности (разновидность, дозировка и применение) оказывает важное влияние на эффект модификации поверхности порошка и эффективность применения модифицированных продуктов. Рецептура модификаторов поверхности является высокоцелевой, то есть обладает характеристиками «одним ключом открывается один замок». Рецептура модификаторов поверхности включает в себя выбор сорта, определение дозировки и применения.
Разновидности модификаторов поверхности
Основными факторами при выборе модификаторов поверхности являются свойства порошкового сырья, назначение или область применения продукта, а также такие факторы, как процесс, цена и защита окружающей среды.
Дозировка модификаторов поверхности
Теоретически дозировка, необходимая для достижения монослойной адсорбции на поверхности частиц, является оптимальной дозировкой, которая связана с удельной поверхностью порошкового сырья и площадью поперечного сечения молекул модификатора поверхности, но эта дозировка Это не обязательно дозировка модификаторов поверхности при достижении 100% покрытия. При модификации неорганического поверхностного покрытия разные скорости нанесения покрытия и толщина слоя покрытия могут иметь разные характеристики, такие как цвет, блеск и т. д. Поэтому фактическая оптимальная дозировка должна определяться посредством тестов модификации и испытаний производительности применения. Это связано с тем, что дозировка модификатора поверхности связана не только с однородностью дисперсии и покрытия модификатора поверхности при модификации поверхности, но и с конкретными требованиями системы нанесения к поверхностным свойствам и техническим показателям порошкового сырья. материалы.
Как использовать модификатор поверхности
Хороший метод использования может улучшить дисперсию модификатора поверхности и эффект модификации поверхности порошка. Напротив, неправильное использование может увеличить дозировку модификатора поверхности, и эффект модификации не достигнет ожидаемой цели. Использование модификатора поверхности включает способы приготовления, диспергирования и добавления, а также порядок добавления при использовании более двух модификаторов поверхности.