อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ : เพราะเหตุใดจึงไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงได้?
แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์อนินทรีย์—อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al(OH)3, ATH)—มีคุณสมบัติหน่วงไฟ ดับควัน และบรรจุในวัสดุที่มีประสิทธิภาพสูง เมื่อสลายตัวด้วยความร้อน มันจะไม่ก่อให้เกิดก๊าซพิษหรือก๊าซกัดกร่อน และสามารถใช้เป็นสารตัวเติมหน่วงไฟในวัสดุอินทรีย์พอลิเมอร์ ปัจจุบัน การใช้ ATH เป็นสารหน่วงไฟเพิ่มขึ้นทุกปี และ ATH ได้กลายเป็นสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดทั่วโลก
การดัดแปลงก่อน แล้วจึงหน่วงไฟ
โดยทั่วไป ผู้ผลิตมักจะเติมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH) ผงลงในวัสดุที่ติดไฟได้ หรือเคลือบผิววัสดุที่ติดไฟได้ด้วยสารเคลือบหน่วงไฟที่มี ATH เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติหน่วงไฟของวัสดุอินทรีย์พอลิเมอร์
ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจาก ATH ประกอบด้วยหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) สามหมู่ พื้นผิวจึงไม่สมมาตรและมีขั้วสูง กลุ่มไฮดรอกซิลบนพื้นผิวแสดงคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกาะตัวกันเมื่อเติมลงในวัสดุอินทรีย์พอลิเมอร์ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ
ดังนั้น อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์จึงจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงพื้นผิวก่อนใช้งาน
การปรับปรุงพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์
การปรับปรุงพื้นผิวเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญสำหรับการปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุผงอนินทรีย์ให้เหมาะสมที่สุด ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานและคุณค่าของผงอนินทรีย์ การปรับปรุงพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ หมายถึงการดูดซับหรือการห่อหุ้มสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่าบนพื้นผิวของอนุภาคอนินทรีย์ ก่อให้เกิดโครงสร้างคอมโพสิตแบบแกน-เปลือก กระบวนการนี้โดยพื้นฐานแล้วเป็นกระบวนการคอมโพสิตของสารต่างๆ
ประเภทและลักษณะของสารปรับปรุงพื้นผิว
สารปรับปรุงพื้นผิวของผงมีหลายประเภท แต่ยังไม่มีวิธีการจำแนกประเภทมาตรฐาน สารปรับปรุงสำหรับการดัดแปลงผงอนินทรีย์แบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ คือ สารลดแรงตึงผิวและสารคู่ควบ
(1) สารเชื่อมต่อ
สารเชื่อมต่อเหมาะสำหรับระบบวัสดุผสมต่างๆ ของพอลิเมอร์อินทรีย์และสารตัวเติมอนินทรีย์ หลังจากการปรับปรุงพื้นผิวด้วยสารเชื่อมต่อ ความเข้ากันได้และการกระจายตัวของวัสดุอนินทรีย์กับพอลิเมอร์จะเพิ่มขึ้น พื้นผิวของวัสดุอนินทรีย์จะเปลี่ยนจากสารชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมันเป็นสารชอบน้ำมันและไม่ชอบน้ำ ทำให้มีความสัมพันธ์กับพอลิเมอร์อินทรีย์มากขึ้น
สารเชื่อมต่อมีความหลากหลายและสามารถจำแนกได้เป็น 4 ประเภทหลักตามโครงสร้างทางเคมีและองค์ประกอบ ได้แก่ สารเชิงซ้อนอินทรีย์ ไซเลน ไททาเนต และอะลูมิเนต
(2) สารลดแรงตึงผิว
สารลดแรงตึงผิวคือสารที่สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติพื้นผิวหรือส่วนต่อประสานของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อใช้ในปริมาณที่น้อยมาก สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้ประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวประจุลบ ประจุบวก และสารไม่มีประจุ เช่น กรดไขมันที่มีปริมาณสูงและเกลือของกรดไขมัน แอลกอฮอล์ เอมีน และเอสเทอร์ โครงสร้างโมเลกุลของสารหน่วงไฟนี้มีลักษณะเฉพาะคือมีหมู่อัลคิลสายยาวอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง คล้ายกับโมเลกุลของพอลิเมอร์ และมีหมู่โพลาร์ เช่น หมู่คาร์บอกซิล หมู่อีเทอร์ และหมู่อะมิโนอยู่ที่ปลายอีกด้านหนึ่ง
จะหาค่าการดัดแปลงนี้ได้อย่างไร
อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ผ่านการดัดแปลงมีความน่าเชื่อถือหรือไม่? เชื่อถือได้แค่ไหน? ซึ่งจำเป็นต้องมีการประเมินและอธิบายลักษณะเฉพาะของผลจากการดัดแปลง
ปัจจุบัน ผลของสารหน่วงไฟของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สามารถประเมินได้ด้วยวิธีทางตรง เช่น การทดสอบดัชนีออกซิเจนของวัสดุ ดัชนีการติดไฟในแนวตั้งและแนวนอน การเกิดควัน การวิเคราะห์เทอร์โมกราวิเมตริก และคุณสมบัติเชิงกลระหว่างการเผาไหม้ หรือวิธีทางอ้อมโดยการวัดค่าการดูดกลืนแสงของผง ดัชนีการกระตุ้น และค่าการดูดซับน้ำมัน เพื่อทดสอบผลจากการดัดแปลงทางอ้อม
(1) ค่าการดูดกลืนแสง
สาร ATH ที่ไม่ได้ผ่านการดัดแปลงมีหมู่ไฮดรอกซิลที่มีคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมันบนพื้นผิว ซึ่งทำให้ละลายในน้ำหรือตกตะกอนได้อย่างอิสระที่ก้นภาชนะ หลังจากการปรับเปลี่ยน พื้นผิวของ ATH จะกลายเป็นสารชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน โดยมีคุณสมบัติพื้นผิวตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิงกับรูปแบบที่ไม่ได้ปรับเปลี่ยน ATH ไม่สามารถละลายหรือตกตะกอนที่ก้นบ่อ และลอยได้เฉพาะบนพื้นผิวเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ATH ที่ผ่านการปรับเปลี่ยนสามารถละลายหรือตกตะกอนได้ดีในน้ำมัน (เช่น พาราฟินเหลว)
(2) ดัชนีการกระตุ้น
ATH ที่ไม่ได้ปรับเปลี่ยนมีขั้วที่แข็งแรงมากเนื่องจากลักษณะของหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บนพื้นผิว ทำให้สามารถละลายหรือตกตะกอนได้อย่างอิสระในน้ำที่มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกัน หลังจากการปรับเปลี่ยน ATH จะมีชั้นหมู่ไลโปฟิลิกเกาะอยู่บนพื้นผิว โดยมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) บนพื้นผิวห่อหุ้มอยู่ภายใน ยิ่งผลการดัดแปลงดีเท่าใด อัตราการครอบคลุมหมู่ไลโปฟิลิกบนพื้นผิวของ ATH ก็จะยิ่งสูงขึ้น และ ATH ที่ผ่านการปรับเปลี่ยนก็จะลอยอยู่บนผิวน้ำมากขึ้นเท่านั้น
(3) ค่าการดูดซับน้ำมัน
การวัดค่าการดูดซับน้ำมันจำเป็นต้องเติมน้ำมันละหุ่งลงใน ATH แล้วคนให้เข้ากัน ก่อนการดัดแปลง ATH จำเป็นต้องใช้น้ำมันละหุ่งมากขึ้นในการสร้างทรงกลม เนื่องจากมีคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน หลังจากการปรับปรุงพื้นผิว ATH จะกลายเป็นสารชอบน้ำและไม่ชอบน้ำมัน ช่วยเพิ่มการกระจายตัวของ ATH ในพอลิเมอร์และลดช่องว่างที่เกิดจากการรวมตัวของผง
ทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ—NdFeB
กระบวนการเตรียมแม่เหล็กถาวรธาตุหายาก (Rare Earth) ด้วยวิธีซินเทอร์ (Sintered NdFeB) ถือเป็นกระบวนการเตรียมแม่เหล็กยุคแรกสุดและใช้งานได้อย่างกว้างขวางที่สุด เป็นตัวขับเคลื่อนการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กถาวรธาตุหายากอย่างรวดเร็ว แม่เหล็กถาวร NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ (Sintered NdFeB) ที่มีคุณสมบัติแอนไอโซทรอปีแม่เหล็กสูงและมีต้นทุนวัตถุดิบต่ำ ได้กลายเป็นเป้าหมายการวิจัยของหลายประเทศ วัสดุแม่เหล็กถาวร NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ใช้ผงโลหะวิทยา โลหะผสมที่หลอมแล้วจะถูกทำให้เป็นผงและอัดเป็นแท่งแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก จากนั้นจึงนำไปเผาในก๊าซเฉื่อยหรือสุญญากาศเพื่อให้เกิดความหนาแน่น นอกจากนี้ เพื่อปรับปรุงค่าแรงบังคับแม่เหล็ก (Coercivity) ของแม่เหล็ก มักจำเป็นต้องผ่านกระบวนการอบชุบด้วยความร้อน ขั้นตอนกระบวนการมีดังนี้: การเตรียมวัตถุดิบ → การหลอม → การเตรียมผง → การอัด → การเผาและการอบคืนรูป → การทดสอบแม่เหล็ก → การเจียระไน → การกลึง → การชุบด้วยไฟฟ้า → ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป
ต่างจากแม่เหล็ก NdFeB ด้วยวิธีซินเทอร์ อนุภาคผงแต่ละอนุภาคของแม่เหล็กที่เชื่อมติดกันจะต้องมีค่าแรงบังคับแม่เหล็ก (Coercivity) ที่สูงเพียงพอ เมื่อโครงสร้างหลายเฟสและโครงสร้างจุลภาคที่จำเป็นสำหรับแรงบีบสูงได้รับความเสียหายอย่างรุนแรงในระหว่างกระบวนการเตรียมผง จะไม่สามารถผลิตแม่เหล็กที่ยึดติดได้ดี ดังนั้น ด้วยการใช้ผงแม่เหล็กแบบหลอมละลายที่ดับอย่างรวดเร็ว โลหะผสมหลอมร้อนจะถูกเทหรือพ่นลงบนล้อทองแดงที่หมุนด้วยความเร็วสูงและระบายความร้อนด้วยน้ำก่อน เพื่อสร้างแผ่นบางที่มีความหนา 100 ไมโครเมตร
การผลิตแม่เหล็กแบบกดร้อน/แบบเปลี่ยนรูปด้วยความร้อน จำเป็นต้องเริ่มต้นด้วยผงแม่เหล็ก Nd-Fe-B ที่ดับอย่างรวดเร็ว แทนที่จะใช้โลหะผสมหล่อโดยตรง ด้วยการใช้สภาวะการดับเกิน (การทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว) จะทำให้ได้เกรนละเอียดขึ้น หรือแม้แต่ผงแม่เหล็กแบบอสัณฐาน ในระหว่างการกดร้อนและการเสียรูปด้วยความร้อน เกรนจะถูกให้ความร้อนและเติบโตจนเกือบเป็นขนาดโดเมนเดียว ทำให้แม่เหล็กขั้นสุดท้ายมีแรงบีบสูง กระบวนการกดร้อนเกี่ยวข้องกับการนำผงแม่เหล็กใส่ในแม่พิมพ์และใช้แรงดันที่อุณหภูมิสูงเพื่อบังคับให้ผงแม่เหล็กอยู่ในรูปแม่เหล็กไอโซทรอปิกที่มีความหนาแน่นของแข็ง
การใช้งาน
มอเตอร์แม่เหล็กถาวร
ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร การใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อกระตุ้นไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้พลังงานและประหยัดพลังงานเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพมอเตอร์อีกด้วย
เครื่องจักรแม่เหล็ก
เครื่องจักรแม่เหล็กทำงานโดยใช้แรงผลักของขั้วเดียวกันหรือแรงดึงดูดของขั้วต่างในแม่เหล็ก ซึ่งจำเป็นต้องใช้แม่เหล็กถาวรที่มีค่าความคลาดเคลื่อนสูงและแรงบังคับภายในสูง นอกจากนี้ ด้วยหลักการดึงดูดระหว่างขั้วต่าง ไดรฟ์แม่เหล็กจึงสามารถสร้างได้โดยใช้การส่งผ่านแบบไม่สัมผัส ซึ่งมีข้อดี เช่น ไม่มีแรงเสียดทานและเสียงรบกวน ดังนั้น แม่เหล็ก Nd-Fe-B ประสิทธิภาพสูงจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในส่วนประกอบขับเคลื่อนของเครื่องจักรเหมืองแร่ ตลับลูกปืนแม่เหล็กในไจโรสโคปและกังหันในดาวเทียมและยานอวกาศ และตลับลูกปืนโรเตอร์ในปั๊มหอยโข่งเพื่อช่วยการทำงานของหัวใจในอุปกรณ์ทางการแพทย์
อวกาศ
วัสดุแม่เหล็กถาวรจากธาตุหายากเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการปล่อยจรวด การระบุตำแหน่งดาวเทียม และเทคโนโลยีการสื่อสาร Nd-Fe-B ซินเทอร์ประสิทธิภาพสูงมีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบส่ง/รับสัญญาณไมโครเวฟสำหรับเรดาร์ ด้วยการใช้ผลรวมของสนามแม่เหล็กคงที่และสนามแม่เหล็กไมโครเวฟแบบสลับ ทำให้เกิดการสั่นพ้องเฟอร์โรแมกเนติก ทำให้สามารถผลิตอุปกรณ์หมุนเวียนไมโครเวฟ ตัวแยก และอื่นๆ ได้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 3C เป็นอุตสาหกรรมปลายน้ำที่สำคัญสำหรับ NdFeB ซินเทอร์มาโดยตลอด NdFeB ซินเทอร์มีคุณสมบัติต่างๆ เช่น ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง ซึ่งสอดคล้องกับเทรนด์การย่อส่วน น้ำหนักเบา และบางลงในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค 3C มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วีซีเอ็ม มอเตอร์เชิงเส้นสำหรับโทรศัพท์มือถือ กล้อง หูฟัง ลำโพง และมอเตอร์ขับเคลื่อนแกนหมุน
การรีไซเคิลขยะนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน: ขุมทรัพย์ที่ไม่ควรพลาด
แม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน (NdFeB) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตพลังงานลม รถยนต์พลังงานใหม่ และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม จึงได้รับการยกย่องให้เป็น "ราชาแห่งแม่เหล็ก" อย่างไรก็ตาม อัตราเศษวัสดุในกระบวนการผลิตแม่เหล็ก NdFeB สูงถึง 30% และเมื่อรวมกับอายุการใช้งานที่จำกัด ทำให้เกิดของเสีย NdFeB จำนวนมาก
ของเสียเหล่านี้มีธาตุหายากมากถึง 30% ซึ่งมากกว่าปริมาณแร่หายากขั้นต้นมาก ทำให้เป็นทรัพยากรรองที่มีคุณค่าสูง การนำธาตุหายากออกจากของเสีย NdFeB อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างความมั่นคงของทรัพยากรหายาก ลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และส่งเสริมการพัฒนาอย่างยั่งยืน
ลักษณะและแหล่งที่มาของของเสีย NdFeB
ของเสีย NdFeB ส่วนใหญ่มาจากเศษวัสดุ ผลิตภัณฑ์ที่มีตำหนิ และผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เลิกผลิตแล้วซึ่งมีแม่เหล็กอยู่ในกระบวนการผลิตแม่เหล็ก องค์ประกอบทางเคมีของแม่เหล็กมีความซับซ้อน นอกจากธาตุหายากหลักอย่าง Nd และ Pr แล้ว ธาตุต่างๆ เช่น Dy และ Tb มักถูกเติมลงไปเพื่อปรับปรุงแรงบีบบังคับ และมีการเติมธาตุต่างๆ เช่น Co, Al และ Cu เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ของเสียจาก NdFeB สามารถจำแนกตามปริมาณธาตุหายาก (REE) ได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ ธาตุหายากต่ำ (REEs < 20%) ธาตุหายากปานกลาง (20%–30%) และธาตุหายากสูง (> 30%)
ปัจจุบัน กระบวนการรีไซเคิลของเสียจาก NdFeB แบ่งออกเป็นเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จี (Pyrometallurgical), ไฮโดรเมทัลลูร์จี (Hydrometallurgical) และเทคโนโลยีการรีไซเคิลแบบใหม่
(I) กระบวนการรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จี (Pyrometallurgical Recycling)
การรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จี (Pyrometallurgical Recycling) คือการรีไซเคิลธาตุหายากออกจากเหล็กด้วยปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง วิธีการหลักๆ ได้แก่ การออกซิเดชันแบบเลือก การแยกด้วยคลอรีน การผสมด้วยของเหลว และการแยกด้วยโลหะหลอมเหลวจากตะกรัน
การออกซิเดชันแบบเลือกมีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าธาตุหายากมีสัมประสิทธิ์การเกาะติดออกซิเจนสูงกว่าเหล็กมาก ที่อุณหภูมิสูง ธาตุหายากจะถูกออกซิไดซ์อย่างเฉพาะเจาะจงจนเกิดเป็นออกไซด์ ซึ่งจะถูกแยกออกจากโลหะเหล็ก นากาโมโตะและคณะ ประสบความสำเร็จในการเตรียมออกไซด์หายากแบบผสมที่มีความบริสุทธิ์เกิน 95% และอัตราการคืนสภาพ (recovery rate) เกิน 99% โดยการควบคุมความดันย่อยของออกซิเจนอย่างแม่นยำ
การแยกด้วยคลอรีนใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างธาตุหายากและคลอรีน สารคลอรีน เช่น NH4Cl, FeCl2 หรือ MgCl2 ถูกใช้เพื่อเปลี่ยนธาตุหายากให้เป็นคลอไรด์ก่อนการแยก Uda ใช้ FeCl2 เป็นสารคลอรีน ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิ 800°C ทำให้ได้อัตราการคืนสภาพ (recovery rate) 95.9% และความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์เกิน 99%
วิธีการผสมของเหลวใช้ความแตกต่างของความสัมพันธ์ระหว่างธาตุหายากและเหล็กสำหรับโลหะอื่นๆ เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการเสริมสมรรถนะและการแยกธาตุหายากและเหล็ก ธาตุหายาก Nd สามารถก่อตัวเป็นโลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำได้หลากหลายชนิด เช่น Ag, Mg และอื่นๆ
วิธีการแยกตะกรันโลหะมีพื้นฐานมาจากคุณสมบัติที่ธาตุหายากในขยะ NdFeB สามารถรวมตัวกับออกซิเจนได้ง่ายกว่า โลหะทั้งหมดในขยะ NdFeB จะถูกเปลี่ยนเป็นออกไซด์ของโลหะ ในเวลาเดียวกัน ภายใต้อุณหภูมิสูงของสารตะกรัน ออกไซด์ของเหล็กจะถูกเปลี่ยนเป็น Fe ของโลหะโดยการควบคุมสภาวะรีดักชัน
(II) กระบวนการกู้คืนแบบเปียก
ปัจจุบันการกู้คืนแบบเปียกเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยวิธีการละลายทั้งหมด วิธีการละลายกรดไฮโดรคลอริก วิธีการตกตะกอนเกลือสองชั้น และวิธีการสกัดด้วยตัวทำละลาย
(III) กระบวนการรีไซเคิลแบบใหม่
เทคโนโลยีรีไซเคิลแบบใหม่มีจุดมุ่งหมายเพื่อแก้ปัญหาการใช้พลังงานสูงและมลพิษสูงที่เกี่ยวข้องกับวิธีการแบบดั้งเดิม เช่น การระเบิดด้วยไฮโดรเจน การชะล้างทางชีวภาพ และวิธีการทางเคมีไฟฟ้า
การเปรียบเทียบกระบวนการรีไซเคิลที่แตกต่างกันและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
กระบวนการไพโรเมทัลลูร์จิคัลมีอัตราการไหลสั้นและกำลังการผลิตสูง แต่ใช้พลังงานสูงและแยกธาตุหายากแต่ละชนิดได้ยาก กระบวนการไฮโดรเมทัลลูร์จิคัลมีอัตราการคืนสภาพที่สูงและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สูง แต่ใช้กรดสูงและต้นทุนการบำบัดน้ำเสียสูง กระบวนการใหม่ๆ เช่น การชะล้างทางชีวภาพและวิธีการทางเคมีไฟฟ้าเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่ส่วนใหญ่อยู่ในห้องปฏิบัติการและยังไม่ได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวาง
ในแง่ของผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการรีไซเคิลแบบดั้งเดิมมักใช้กรดเข้มข้น ด่างเข้มข้น และอุณหภูมิสูง ทำให้เกิดของเหลวและก๊าซเสียจำนวนมาก ซึ่งเป็นการเพิ่มภาระด้านสิ่งแวดล้อม ดังนั้น การพัฒนากระบวนการรีไซเคิลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและใช้พลังงานต่ำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
การรีไซเคิลขยะ NdFeB เป็นวิธีสำคัญในการบรรเทาปัญหาการขาดแคลนทรัพยากรหายากและลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและแนวทางนโยบาย อุตสาหกรรมรีไซเคิล NdFeB จะพัฒนาไปสู่การเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ต้นทุนต่ำ กระบวนการสั้น และอัตราการคืนสภาพที่สูง ซึ่งเป็นแรงผลักดันใหม่สู่การพัฒนาที่ยั่งยืน
การประยุกต์ใช้และการพัฒนาวัสดุผงอนินทรีย์ในอุตสาหกรรมยาง
ยางถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคขนส่ง เครื่องจักร อิเล็กทรอนิกส์ การป้องกันประเทศ และภาคส่วนอื่นๆ ของเศรษฐกิจภายในประเทศ อย่างไรก็ตาม ยางก็มีข้อเสียเปรียบที่สำคัญเช่นกัน เช่น แรงระหว่างโมเลกุลต่ำ ปริมาตรอิสระสูง และความสามารถในการตกผลึกต่ำ ส่งผลให้วัสดุยางมีความแข็งแรงและโมดูลัสต่ำ รวมถึงความต้านทานการสึกหรอต่ำ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเติมสารตัวเติมอนินทรีย์และอโลหะเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานเหล่านี้
โดยทั่วไป สารตัวเติมอนินทรีย์และอโลหะในยางมีหน้าที่หลักๆ ดังต่อไปนี้: การเสริมแรง การเติม (เพิ่มปริมาตร) และการลดต้นทุน การปรับปรุงประสิทธิภาพการแปรรูป การควบคุมคุณสมบัติการวัลคาไนซ์ และการให้ฟังก์ชันพิเศษ
สารตัวเติมแร่อนินทรีย์และอโลหะที่นิยมใช้ในยาง
(1) ซิลิกา
ปัจจุบันซิลิกาเป็นสารเสริมแรงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นอันดับสองในอุตสาหกรรมยาง รองจากคาร์บอนแบล็ก สูตรเคมีของซิลิกาคือ SiO2·nH2O โครงสร้างอนุภาคของซิลิกามีช่องว่างจำนวนมาก เมื่อช่องว่างเหล่านี้อยู่ในช่วง 2-60 นาโนเมตร พวกมันจะรวมตัวกับพอลิเมอร์อื่นๆ ได้ง่าย ซึ่งเป็นเหตุผลหลักที่ซิลิกาถูกนำมาใช้เป็นสารเสริมแรง ในฐานะสารเสริมแรง ซิลิกาสามารถปรับปรุงความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการฉีกขาดของวัสดุได้อย่างมาก นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของยางรถยนต์ได้อย่างมีนัยสำคัญ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานยนต์ เครื่องมือ อากาศยาน และสาขาอื่นๆ
(2) แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบา
แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาเป็นหนึ่งในสารตัวเติมที่เก่าแก่ที่สุดและถูกใช้อย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรมยาง การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบาลงในยางในปริมาณมากสามารถเพิ่มปริมาตรของผลิตภัณฑ์ได้ ซึ่งช่วยประหยัดยางธรรมชาติที่มีราคาแพงและลดต้นทุน ยางเติมแคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบามีความแข็งแรง ความต้านทานการสึกหรอ และความต้านทานการฉีกขาดสูงกว่ายางวัลคาไนซ์บริสุทธิ์ ซิลิกามีฤทธิ์เสริมแรงที่สำคัญทั้งในยางธรรมชาติและยางสังเคราะห์ และยังสามารถปรับความข้นของยางได้อีกด้วย ในอุตสาหกรรมสายเคเบิล ซิลิกาสามารถให้ฉนวนได้ในระดับหนึ่ง (3) ดินขาว
ดินขาวเป็นอะลูมิโนซิลิเกตชนิดน้ำ ซึ่งเป็นแร่ดินเหนียวทั่วไป การนำไปใช้ประโยชน์จริงในยางช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น คุณสมบัติการกั้น การยืดตัว และความแข็งแรงดัดของยาง การเติมดินขาวดัดแปลงลงในยางสไตรีน-บิวทาไดอีน (SBR) ช่วยเพิ่มการยืดตัว ความแข็งแรงในการฉีกขาด และความแข็งชอร์ของยางได้อย่างมีนัยสำคัญ พร้อมทั้งยืดอายุการใช้งาน
(4) ดินเหนียว
สามารถเติมดินเหนียวลงในการผลิตยางรถยนต์ได้ ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดของกระบวนการผลิต ดินเหนียวถูกใช้เป็นสารตัวเติมเพื่อลดต้นทุน อย่างไรก็ตาม ต้องใช้ดินเหนียวที่ผ่านการกระตุ้น (activated clay) เพื่อให้การยึดเกาะกับยางง่ายขึ้น ดินเหนียวที่ผ่านการกระตุ้นหรือดัดแปลงสามารถทดแทนคาร์บอนแบล็กในสูตรผสมได้บางส่วน
การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเมื่อปริมาณดินเหนียวเพิ่มขึ้น ความแข็ง ความเค้นดึง 300% และความแข็งแรงดึงของสารประกอบยางจะลดลงเล็กน้อย แต่สามารถชดเชยได้ด้วยการปรับระบบวัลคาไนเซชัน เมื่อนำมาใช้ในสูตรดอกยาง หลังจากการปรับปรุงระบบแล้ว ผงทัลค์ยังสามารถลดแรงต้านทานการหมุนได้อีกด้วย
(5) แบเรียมซัลเฟต
สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการต้านทานการเสื่อมสภาพและความทนทานต่อสภาพอากาศของผลิตภัณฑ์ยาง เช่น ยางในรถยนต์และสายพานได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงความเรียบของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ยางได้อีกด้วย ในฐานะสารเติมแต่งยางผง ผงทัลค์ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มอัตราการใช้ผงเท่านั้น แต่ยังมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในแง่ของต้นทุนทางเศรษฐกิจ
(6) ทัลค์
โดยทั่วไปแล้ว ผงทัลค์จะแบ่งออกเป็นผงทัลค์สำหรับอุตสาหกรรมทั่วไปและผงทัลค์ละเอียดพิเศษ ซึ่งผงทัลค์สำหรับใช้เป็นสารเติมแต่งยางนั้นไม่ได้มีบทบาทในการเสริมแรงและมีผลเพียงเล็กน้อยต่อการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพของยาง ดังนั้น ผงทัลค์สำหรับอุตสาหกรรมทั่วไปจึงมักถูกนำมาใช้เป็นสารแยก ในทางกลับกัน ผงทัลค์ละเอียดพิเศษมีประสิทธิภาพในการเสริมแรงที่ดี หากใช้เป็นสารเติมแต่งยาง ความแข็งแรงดึงของยางจะเท่ากับแรงดึงที่เกิดจากซิลิกา
(7) กราไฟต์
กราไฟต์จัดอยู่ในกลุ่มแร่ซิลิเกตที่ไม่ใช่โลหะ มีคุณสมบัติการนำความร้อน การนำไฟฟ้า และความลื่นไหลที่ดี การใช้กราไฟต์เป็นสารตัวเติมยางมีกระบวนการคล้ายกับที่ใช้กับมอนต์มอริลโลไนต์ ซึ่งกราไฟต์จะถูกสลายตัวเป็นอนุภาคขนาดนาโนด้วยเทคนิคพิเศษ เมื่ออนุภาคนาโนเหล่านี้รวมตัวกับเมทริกซ์ยาง คุณสมบัติเชิงหน้าที่ต่างๆ ของยางจะดีขึ้น ตัวอย่างเช่น การนำไฟฟ้า การนำความร้อน ความหนาแน่นของอากาศ และคุณสมบัติเชิงกลต่างๆ ล้วนดีขึ้นอย่างมาก
ประเภทและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการทำให้เป็นทรงกลมแบบผง
เทคโนโลยีการทำให้ผงเป็นทรงกลม ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ สามารถปรับปรุงลักษณะพื้นผิวและคุณสมบัติทางกายภาพของผง เพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุ และตอบสนองความต้องการด้านการใช้งานที่หลากหลาย ปัจจุบัน เทคโนโลยีการทำให้ผงเป็นทรงกลมได้แพร่หลายไปในหลากหลายสาขา เช่น ยา อาหาร สารเคมี การปกป้องสิ่งแวดล้อม วัสดุ โลหะวิทยา และการพิมพ์ 3 มิติ
เทคโนโลยีการเตรียมผงทรงกลมครอบคลุมหลายสาขาวิชา รวมถึงความเชี่ยวชาญด้านเคมี วิทยาศาสตร์วัสดุ และวิศวกรรมศาสตร์ ต่อไปนี้ เราจะสำรวจเทคโนโลยีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้ผงเป็นทรงกลม
วิธีการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรกล
วิธีการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรกลส่วนใหญ่ใช้แรงทางกลต่างๆ เช่น การชน แรงเสียดทาน และแรงเฉือน เพื่อเปลี่ยนรูปและดูดซับอนุภาค การประมวลผลอย่างต่อเนื่องส่งผลให้อนุภาคมีความหนาแน่นมากขึ้น และขอบคมจะค่อยๆ เรียบและโค้งมนจากแรงกระแทก วิธีการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรกลใช้เครื่องบดกระแทกความเร็วสูง เครื่องบดแบบกวนตัวกลาง และอุปกรณ์บดอื่นๆ เพื่อผลิตวัสดุผงละเอียด เมื่อใช้ร่วมกับการบดแบบแห้งและแบบเปียก วิธีการเหล่านี้จะทำให้ได้วัสดุผงที่มีขนาดอนุภาคละเอียดขึ้น การกระจายตัวของขนาดอนุภาคแคบลง และอัตราการเกิดทรงกลมที่แน่นอน
การขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขึ้นรูปและขึ้นรูปกราไฟต์ธรรมชาติ กราไฟต์เทียม และอนุภาคซีเมนต์ด้วยเครื่องจักร นอกจากนี้ยังเหมาะสำหรับการบดและบดผงโลหะเปราะหรือผงโลหะผสม การขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรใช้วัตถุดิบต้นทุนต่ำหลากหลายชนิด โดยใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่มีอยู่อย่างเต็มที่ มีข้อดีหลายประการ เช่น ความเรียบง่าย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และความสามารถในการขยายขนาดทางอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ไม่ได้เลือกสรรวัสดุมากนัก และไม่สามารถรับประกันความเป็นทรงกลม ความหนาแน่นของแทป และผลผลิตของอนุภาคที่ผ่านกระบวนการได้ ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับการผลิตผงทรงกลมที่มีข้อกำหนดด้านคุณภาพต่ำกว่าเท่านั้น
การทำแห้งแบบพ่นฝอย
การทำแห้งแบบพ่นฝอยคือการทำให้ของเหลวกลายเป็นละอองฝอย จากนั้นจะระเหยอย่างรวดเร็วในกระแสลมร้อนจนแข็งตัวเป็นอนุภาคของแข็ง ข้อดีของการทำแห้งแบบพ่นฝอยคือความเรียบง่ายและความสะดวกในการควบคุมคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมวัตถุระเบิดและแบตเตอรี่ทางทหาร
ปฏิกิริยาเคมีเฟสก๊าซ
ปฏิกิริยาเคมีเฟสก๊าซใช้วัตถุดิบที่เป็นก๊าซ (หรือระเหยวัตถุดิบที่เป็นของแข็งให้กลายเป็นก๊าซ) เพื่อผลิตสารประกอบที่ต้องการผ่านปฏิกิริยาเคมี จากนั้นสารประกอบนี้จะถูกควบแน่นอย่างรวดเร็วเพื่อผลิตผงทรงกลมละเอียดพิเศษของสารต่างๆ
วิธีไฮโดรเทอร์มอล
วิธีไฮโดรเทอร์มอลใช้เครื่องปฏิกรณ์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันสูง โดยใช้น้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาเคมี ขนาดของอนุภาคสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการปรับพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิไฮโดรเทอร์มอล เวลาไฮโดรเทอร์มอล ค่า pH และความเข้มข้นของสารละลาย
วิธีตกตะกอน
วิธีตกตะกอนประกอบด้วยการรวมไอออนของโลหะเข้ากับสารตกตะกอนจำเพาะผ่านปฏิกิริยาเคมีในสารละลาย ทำให้เกิดอนุภาคคอลลอยด์ขนาดเล็กกึ่งของแข็งและเกิดการแขวนลอยที่เสถียร จากนั้น ด้วยการปรับสภาวะปฏิกิริยาการตกตะกอนเพิ่มเติม เช่น การบ่มแบบคงที่ การกวนอย่างช้าๆ หรือการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของสารละลาย อนุภาคคอลลอยด์เหล่านี้จะค่อยๆ รวมตัวกันและเติบโตจนกลายเป็นทรงกลม ก่อตัวเป็นตะกอนทรงกลมปฐมภูมิ จากนั้นตะกอนที่ได้จะถูกทำให้แห้งหรือเผาจนได้ผงทรงกลมในที่สุด
วิธีโซล-เจล
โดยทั่วไปวิธีโซล-เจลประกอบด้วยสามขั้นตอน ได้แก่ การเตรียมโซล การเกิดเจล และการเกิดผงทรงกลม การอบด้วยความร้อนสามารถปรับปรุงโครงสร้างและคุณสมบัติของผงทรงกลมได้ดียิ่งขึ้น ทำให้สามารถควบคุมขนาดและสัณฐานวิทยาของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ
วิธีไมโครอิมัลชัน
วิธีไมโครอิมัลชันเป็นวิธีการเตรียมสารสองเฟสระหว่างของเหลวและของเหลว วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการเติมตัวทำละลายอินทรีย์ที่มีสารตั้งต้นที่ละลายอยู่ในน้ำ เพื่อสร้างอิมัลชันที่มีหยดเล็กๆ จากนั้นอนุภาคทรงกลมจะถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการนิวเคลียส การรวมตัว การเกาะกลุ่ม และการอบด้วยความร้อน วิธีการไมโครอิมัลชันถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการเตรียมอนุภาคนาโนและวัสดุผสมอินทรีย์-อนินทรีย์
การทำให้เป็นทรงกลมด้วยพลาสมา
ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีขั้นสูงและความต้องการวัสดุนาโนชนิดใหม่และกระบวนการเตรียมแบบใหม่ การวิจัยและการประยุกต์ใช้เคมีของพลาสมาจึงได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น การทำให้เป็นทรงกลมด้วยพลาสมา ซึ่งมีลักษณะเด่นคืออุณหภูมิสูง เอนทัลปีสูง ปฏิกิริยาเคมีสูง และบรรยากาศและอุณหภูมิปฏิกิริยาที่ควบคุมได้ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตผงทรงกลมที่มีอนุภาคขนาดเล็กและมีความบริสุทธิ์สูง
วิธีการอื่นๆ ได้แก่ การเผาทำลาย (deflagration), การอัดเม็ดด้วยเปลวไฟจากการเผาไหม้ของแก๊ส, การทำให้เป็นละอองด้วยคลื่นอัลตราโซนิก, การทำให้เป็นละอองด้วยแรงเหวี่ยง, การตัดด้วยลวด, การเจาะรู และการหลอมใหม่ และการพ่นด้วยไมโครพอร์แบบพัลส์
จะปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงซิลิกอนไนไตรด์ได้อย่างไร?
การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงซิลิคอนไนไตรด์นั้น เกี่ยวข้องกับการปรับปรุงพื้นผิวของผงด้วยวิธีการทางกายภาพและทางเคมีที่หลากหลาย เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของอนุภาค
การปรับเปลี่ยนพื้นผิวสามารถลดแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคผง ทำให้ผงกระจายตัวได้ดีขึ้นในตัวกลาง และปรับปรุงการกระจายตัวของผงเหลว นอกจากนี้ยังสามารถเพิ่มกิจกรรมบนพื้นผิวของผงซิลิคอนไนไตรด์ เพิ่มความเข้ากันได้กับสารอื่นๆ และทำให้เกิดคุณสมบัติใหม่ๆ
หลักการสำคัญของการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงคือ ปฏิกิริยาระหว่างผงและสารปรับเปลี่ยนพื้นผิวจะช่วยเพิ่มความสามารถในการเปียกของพื้นผิวผง และปรับปรุงการกระจายตัวในสารอินทรีย์หรือสารอนินทรีย์
1. การปรับเปลี่ยนการเคลือบพื้นผิว
เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนการเคลือบพื้นผิวใช้การดูดซับทางกายภาพหรือทางเคมี เพื่อยึดวัสดุเคลือบเข้ากับพื้นผิวของวัตถุที่เคลือบอย่างสม่ำเสมอ ทำให้เกิดชั้นเคลือบที่สม่ำเสมอและสมบูรณ์ โดยทั่วไปแล้ว ชั้นเคลือบที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเคลือบจะเป็นชั้นเดียว
การปรับเปลี่ยนการเคลือบโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นประเภทอนินทรีย์และอินทรีย์ การเคลือบอนินทรีย์ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเคลือบออกไซด์หรือไฮดรอกไซด์ที่เหมาะสมบนพื้นผิวของอนุภาคเซรามิกเพื่อปรับเปลี่ยนผง แต่การปรับเปลี่ยนนี้จะส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพเท่านั้น ในทางกลับกัน การเคลือบแบบอินทรีย์เกี่ยวข้องกับการเลือกสารอินทรีย์เป็นวัสดุเคลือบ สารอินทรีย์เหล่านี้จะจับตัวกับกลุ่มบนพื้นผิวของอนุภาคผงและดูดซับบนพื้นผิวอย่างเลือกสรร ส่งผลให้คุณสมบัติของชั้นเคลือบถูกถ่ายทอดไปยังผง
เทคโนโลยีการปรับเปลี่ยนนี้มีต้นทุนต่ำ ขั้นตอนง่าย และควบคุมได้ง่าย แต่ผลลัพธ์ที่ได้มักจะมีข้อจำกัด
2. การปรับสภาพพื้นผิวด้วยกรดและด่าง
โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการขึ้นรูปเซรามิกจำเป็นต้องใช้สารละลายเซรามิกที่มีปริมาณของแข็งสูงและความหนืดต่ำ ความหนาแน่นของประจุบนพื้นผิวของผงมีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณสมบัติการไหลและการกระจายตัวของสารละลาย การล้างพื้นผิวผงเซรามิก (การปรับสภาพด้วยกรดและด่าง) สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติประจุบนพื้นผิวของผงได้ ดังชื่อที่บ่งบอก วิธีการปรับเปลี่ยนนี้เกี่ยวข้องกับการผสมและล้างผงซิลิคอนไนไตรด์อย่างละเอียดด้วยสารละลายกรดหรือด่างที่มีความเข้มข้นแตกต่างกัน
ในขณะเดียวกัน การบำบัดด้วยด่างที่ความเข้มข้นที่กำหนดก็สามารถทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของผงเซรามิกได้เช่นกัน งานวิจัยของ Wang Yongming และคณะ แสดงให้เห็นว่าการล้างด้วยด่างสามารถลดปริมาณไซลาโนลบนพื้นผิวของผงซิลิกอนคาร์ไบด์ ลดระดับการเกิดออกซิเดชัน เปลี่ยนแปลงแรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างอนุภาค และปรับปรุงคุณสมบัติการไหลของสารละลาย
3. การปรับเปลี่ยนสารช่วยกระจายตัว
จากความแตกต่างระหว่างผงเซรามิกแต่ละประเภท การเลือกสารช่วยกระจายตัวที่เหมาะสมหรือการออกแบบสารช่วยกระจายตัวใหม่มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มปริมาณของแข็งในสารละลายเซรามิก ชนิดและปริมาณของสารช่วยกระจายตัวที่เติมลงไปสามารถเปลี่ยนแปลงผลกระทบต่อคุณสมบัติของเซรามิกได้อย่างมีนัยสำคัญ
โดยทั่วไป สารช่วยกระจายตัวจะมีโครงสร้างทั้งแบบชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ และปฏิกิริยาระหว่างกลุ่มที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำเหล่านี้จะช่วยปรับคุณสมบัติการกระจายตัวของสารละลายเซรามิก สารช่วยกระจายตัวประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวหรืออิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ โดยสารลดแรงตึงผิวประกอบด้วยสารลดแรงตึงผิวประจุบวกและประจุลบ
พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยกรดโพลีไวนิลซัลโฟนิก กรดโพลีอะคริลิก โพลีไวนิลไพริดีน และโพลีเอทิลีนอิมีน สารช่วยกระจายตัวสามารถเกิดปฏิกิริยาการดูดซับกับพื้นผิวของผง ซึ่งรวมถึงการดูดซับทางเคมีและกายภาพ ทำให้เกิดแรงระหว่างอนุภาค (แรงแวนเดอร์วาลส์และแรงผลักไฟฟ้าสถิต) และศักยภาพในการเกิดปรากฏการณ์สเตอริก
4. การปรับเปลี่ยนคุณสมบัติการไม่ชอบน้ำบนพื้นผิว
การปรับเปลี่ยนคุณสมบัติการไม่ชอบน้ำบนพื้นผิวเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนหมู่ไฮดรอกซิลในผงเซรามิกให้เป็นกลุ่มไม่ชอบน้ำ เช่น หมู่ไฮโดรคาร์บอน หมู่อัลคิลสายยาว และหมู่ไซโคลอัลคิล หมู่อินทรีย์เหล่านี้จะจับกับพื้นผิวของผงเซรามิก ทำให้เกิดคุณสมบัติการไม่ชอบน้ำอย่างแรง ทำให้การกระจายตัวในตัวกลางการกระจายตัวดีขึ้นและป้องกันการเกาะกลุ่มกัน
เมื่อต่อพอลิเมอร์เข้ากับพื้นผิวของผงซิลิคอนไนไตรด์ สายโซ่พอลิเมอร์ยาวจะยึดติดกับพื้นผิวของผง ในขณะที่สายโซ่ไฮโดรฟิลิกที่ปลายอีกด้านหนึ่งจะยื่นเข้าไปในตัวกลางที่เป็นน้ำ ตลอดกระบวนการกระจายตัว อนุภาคผงจะต้องเผชิญกับทั้งแรงผลักระหว่างอนุภาคและการขัดขวางทางสเตอริกที่เกิดจากสายโพลีเมอร์ยาว ส่งผลให้กระจายตัวของสารละลายได้ดีขึ้น
พื้นที่การใช้งานและแนวโน้มเชิงนวัตกรรมสี่ประการของ Kaolin
ดินขาว ซึ่งเป็นแร่ซิลิเกตชนิดชั้นในอัตราส่วน 1:1 มีคุณสมบัติมากมาย ได้แก่ การกระจายตัว ความเหนียว ความสามารถในการเผา คุณสมบัติทนไฟ การแลกเปลี่ยนไอออน และความเสถียรทางเคมี ทำให้ดินขาวถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ปัจจุบัน การนำดินขาวไปใช้ในอุตสาหกรรมดั้งเดิมเป็นหลัก เช่น เซรามิกส์ การผลิตกระดาษ และวัสดุทนไฟ
1. วัสดุผสมประสิทธิภาพสูง
การนำดินขาวมาใช้ในวัสดุผสมสามารถปรับปรุงคุณสมบัติพื้นผิว (เช่น ความสามารถในการดูดซับ) ของวัสดุได้
ประโยชน์ของดินขาวในวัสดุผสม ได้แก่ การเพิ่มการดูดซับ การเพิ่มคุณสมบัติทางไฟฟ้า การปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อน/ความต้านทานไฟ และการปรับปรุงเสถียรภาพเชิงกล อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติยังคงมีความท้าทาย เช่น การกระจายตัวที่ไม่เพียงพอและความเข้ากันได้ของดินขาวในวัสดุผสม ซึ่งอาจจำกัดประสิทธิภาพของดินขาว
ทิศทางการวิจัยในอนาคต ได้แก่ การพัฒนาเทคโนโลยีการดัดแปลงพื้นผิวดินขาวที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น เพื่อปรับปรุงการกระจายตัวและความเข้ากันได้กับวัสดุเมทริกซ์ การสำรวจการออกแบบวัสดุผสมดินขาวอเนกประสงค์เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะด้าน เช่น การเก็บเกี่ยวพลังงาน การบำบัดน้ำเสีย และการป้องกันอัคคีภัย รวมถึงการเพิ่มพื้นที่ผิวจำเพาะและจำนวนจุดทำงานของดินขาวผ่านกระบวนการแปรรูปและการจัดการโมเลกุลในระดับนาโน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ควรมีความพยายามที่จะส่งเสริมกระบวนการผลิตวัสดุผสมดินขาวที่มีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และบูรณาการเทคโนโลยีการผลิตอัจฉริยะเพื่อให้เกิดการใช้งานในวงกว้าง
2. วัสดุที่มีรูพรุน: สาขาตะแกรงโมเลกุล
ตะแกรงโมเลกุลคือวัสดุที่มีโครงสร้างรูพรุนที่เป็นระเบียบ ซึ่งดูดซับโมเลกุลต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี การเกษตร และการบำบัดน้ำ ดินขาว ซึ่งเป็นแร่ธาตุธรรมชาติที่พบได้ทั่วไปและราคาไม่แพง อุดมไปด้วยซิลิกาและอะลูมินา สามารถนำไปใช้สังเคราะห์ตะแกรงโมเลกุลซีโอไลต์ได้โดยตรง เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งซิลิคอนและอะลูมิเนียมแบบดั้งเดิมที่อาจเป็นพิษ ดินขาวไม่เพียงแต่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเท่านั้น แต่ยังช่วยลดต้นทุนและทำให้กระบวนการสังเคราะห์ง่ายขึ้นอีกด้วย
ดินขาวไม่เพียงแต่กระตุ้นการทำงานของซิลิเกตและอะลูมินาผ่านกระบวนการเตรียมเบื้องต้นแบบง่ายๆ เช่น การเผาและการชะล้างด้วยกรด แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพตะแกรงโมเลกุลผ่านการจัดการสารเทมเพลตและการปรับอุณหภูมิให้เหมาะสม
3. ชีวการแพทย์
ดินขาวเป็นแร่ดินเหนียวนาโนซิลิเกตชนิดหนึ่งที่มีคุณสมบัติเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีเยี่ยม พื้นที่ผิวจำเพาะสูง ความเฉื่อยทางเคมี สมบัติคอลลอยด์ และไทโซทรอปิก ในสาขาชีวการแพทย์ การวิจัยกำลังค่อยๆ เปลี่ยนจากการประยุกต์ใช้ตัวพายาพื้นฐานไปสู่การประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์ที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น ยีนบำบัดและการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ การประยุกต์ใช้ดินขาวได้ขยายจากการสนับสนุนทางกายภาพและการปลดปล่อยยาไปสู่ระบบที่ซับซ้อนที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตของเซลล์และการนำส่งยีน
4. การกักเก็บพลังงาน
การกักเก็บพลังงานเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจมาโดยตลอด การแสวงหาโซลูชันการกักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนเป็นหนึ่งในเส้นทางสำคัญในการแก้ไขปัญหาพลังงานระดับโลก ดินขาวมีโครงสร้างเฉพาะและฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลาย จึงกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการกักเก็บพลังงาน ดินขาวถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์กักเก็บพลังงานหลากหลายชนิด เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซูเปอร์คาปาซิเตอร์ และเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์
แนวโน้มการประยุกต์ใช้ดินขาวในอนาคตมีดังนี้:
ก. การวิจัยและพัฒนาวัสดุนวัตกรรมจะมุ่งเน้นไปที่เทคโนโลยีการแปรรูปนาโนดินขาวและการปรับเปลี่ยนพื้นผิว โดยมุ่งเป้าไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ การกักเก็บพลังงาน และสาขาอื่นๆ ตัวอย่างเช่น นาโนคอมโพสิตที่ทำจากดินขาวสามารถพัฒนาได้โดยการผสมดินขาวเข้ากับพอลิเมอร์หรือวัสดุคาร์บอนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลและการนำไฟฟ้า
ข. ดินขาวมีศักยภาพในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม เช่น การบำบัดน้ำและการฟื้นฟูดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกำจัดโลหะหนักและการดูดซับสารมลพิษ
ค. การบูรณาการเทคโนโลยีสหวิทยาการจะส่งเสริมการประยุกต์ใช้ดินขาวอย่างสร้างสรรค์ในสาขาชีวเภสัชกรรม โดยบูรณาการเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อพัฒนาระบบนำส่งยาหรือโครงนั่งร้านที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ
ง. ด้วยความต้องการวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้นของตลาด บริษัทต่างๆ ควรเสริมสร้างความร่วมมือกับสถาบันวิจัยและพัฒนา เพื่อเปลี่ยนการค้นพบเชิงนวัตกรรมให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถแข่งขันได้ เช่น เซรามิกดินขาวที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูง หรือวัสดุผสมน้ำหนักเบา
e. ด้วยการให้ความสำคัญกับการพัฒนาอย่างยั่งยืนทั่วโลก การสนับสนุนนโยบายและความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจจะมีอิทธิพลต่อทิศทางการวิจัยและพัฒนาและการประยุกต์ใช้ดินขาว ดังนั้น อุตสาหกรรมจึงจำเป็นต้องติดตามความพร้อมของทรัพยากรและการเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนอย่างใกล้ชิด ควบคู่ไปกับการเสริมสร้างการบริหารความเสี่ยงและเสริมสร้างความสามารถในการแข่งขันระดับโลก เพื่อรับมือกับสภาพแวดล้อมระหว่างประเทศที่ซับซ้อน
แบเรียมซัลเฟตที่ดัดแปลงด้วย SDS สำหรับใช้ในเครื่องสำอาง
สารทึบแสงสำหรับเครื่องสำอางเป็นส่วนผสมสำคัญในการให้ผลลัพธ์ เช่น การปกปิดรอยตำหนิและปรับผิวให้กระจ่างใส การกระจายตัวและความคงตัวของสารนี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและอายุการเก็บรักษาของผลิตภัณฑ์
แบเรียมซัลเฟตถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องสำอาง เนื่องจากมีดัชนีหักเหแสงสูง ความทึบแสงที่ดี และความเสถียรทางเคมี อย่างไรก็ตาม แนวโน้มการเกาะกลุ่มกันเป็นก้อนทำให้การประยุกต์ใช้ในเครื่องสำอางมีข้อจำกัด
งานวิจัยนี้ศึกษาการกระจายตัวและความคงตัวของแบเรียมซัลเฟตในเมทริกซ์เครื่องสำอาง โดยการเตรียมแบเรียมซัลเฟตละเอียดพิเศษโดยใช้เครื่องบดแบบลูกบอล และปรับกระบวนการปรับเปลี่ยนพื้นผิวและการกระจายตัวให้เหมาะสมที่สุด
1. วิธีการปรับเปลี่ยน
(1) การปรับสภาพเบื้องต้นของแบเรียมซัลเฟต
แบเรียมซัลเฟตเกรดอุตสาหกรรมถูกทำให้แห้งและร่อนผ่านตะแกรงขนาด 200 เมชเป็นชุดๆ ในแต่ละชุด แบเรียมซัลเฟต 100 กรัม ถูกผสมกับกรดสเตียริก 0.5 กรัม บนเครื่องบดแบบสองลูกกลิ้ง เป็นเวลา 3 นาที จากนั้นลูกกลิ้งถูกปรับให้เหลือช่องว่างน้อยที่สุดและผ่าน 6 ครั้ง จากนั้นจึงผ่านครั้งสุดท้ายโดยเว้นช่องว่าง 2 มม. เป็นการเสร็จสิ้นการผสมเบื้องต้น แบเรียมซัลเฟตที่ผสมแล้วถูกทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 80°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นแล้ว
(2) การปรับสภาพพื้นผิว
ใช้ส่วนผสมพื้นฐาน 100 ส่วน เติมแบเรียมซัลเฟตที่ผ่านการปรับสภาพเบื้องต้นในสัดส่วนที่แตกต่างกัน และนำไปปรับสภาพพื้นผิวที่อุณหภูมิ 60°C ระหว่างการปรับสภาพ เติมโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต 1.5 ส่วน และผสมส่วนผสมให้เข้ากันดี ลูกกลิ้งถูกปรับให้เหลือช่องว่างน้อยที่สุดและผ่าน 6 ครั้ง ก่อนที่จะถูกทำให้แบนราบ เพื่อให้ได้แบเรียมซัลเฟตที่ผ่านการปรับสภาพแล้ว
(3) การเตรียมสารกระจายตัว
แบเรียมซัลเฟตที่ผ่านการปรับสภาพแล้วถูกกระจายตัวลงในส่วนผสมพื้นฐานในอัตราส่วนต่างๆ โดยใช้การผสมผสานระหว่างการกวนเชิงกลและการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบเรียมซัลเฟตที่ผ่านการปรับปรุงแล้วจำนวนหนึ่งถูกชั่งน้ำหนัก เติมลงในน้ำปราศจากไอออน และกระจายด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นเวลา 10 นาที จากนั้นค่อยๆ เติมสูตรพื้นฐานลงไปพร้อมกับคนให้เข้ากัน และคนส่วนผสมต่ออีก 30 นาที
2. กระบวนการปรับปรุงที่เหมาะสมที่สุดและการประเมินประสิทธิภาพ
(1) กระบวนการปรับปรุงที่เหมาะสมที่สุด
จากการวิจัยอย่างเป็นระบบ สภาวะที่เหมาะสมที่สุดของกระบวนการได้ถูกกำหนดขึ้น: แบเรียมซัลเฟตเกรดอุตสาหกรรมถูกร่อนผ่านตะแกรงขนาด 200 เมช และอบแห้งที่อุณหภูมิ 60°C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ใช้โซเดียมโดเดซิลซัลเฟตเป็นตัวปรับปรุงพื้นผิวที่ 1.5% ของน้ำหนักแบเรียมซัลเฟต และทำการดัดแปลงที่อุณหภูมิ 60°C เป็นเวลา 2 ชั่วโมง ในกระบวนการกระจายตัว ปริมาณแบเรียมซัลเฟตถูกควบคุมที่ 15%-20% อุณหภูมิการกระจายตัวที่ 60°C เวลาการกระจายตัวที่ 15 นาที และค่า pH ของระบบที่ 8.0-8.5 มีการใช้การผสมผสานระหว่างการกวนเชิงกลและการกระจายตัวด้วยคลื่นอัลตราโซนิก
ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ระบบการกระจายตัวที่ได้แสดงคุณสมบัติดังต่อไปนี้: การกระจายตัวของขนาดอนุภาคสม่ำเสมอ โดยมีขนาดอนุภาคหลัก 0.8-1.2 ไมโครเมตร; เสถียรภาพของสารกระจายตัวที่ดี ไม่มีการตกตะกอนอย่างมีนัยสำคัญภายใน 7 วัน; และการครอบคลุมที่ยอดเยี่ยมด้วยฟิล์มที่สม่ำเสมอและต่อเนื่อง
(2) การประเมินการประยุกต์ใช้ในเครื่องสำอาง
แบเรียมซัลเฟตที่เตรียมได้ได้รับการประเมินในสูตรเครื่องสำอาง: การเติมแบเรียมซัลเฟตที่ปรับปรุงแล้ว 15% ลงในครีมรองพื้นทำให้ได้การครอบคลุมที่ดีและประสบการณ์การใช้งานที่น่าพอใจ เข้ากันได้ดีกับเมทริกซ์ฐานและไม่มีการแยกเฟส
การเพิ่มส่วนผสมกระจายตัว 20% ลงในสูตรคอนซีลเลอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการปกปิดอย่างมีนัยสำคัญ คงความเสถียรที่ดี และให้ผลลัพธ์ที่เป็นธรรมชาติและยาวนาน
ผลการประเมินการใช้งานแสดงให้เห็นว่าส่วนผสมกระจายตัวแบเรียมซัลเฟตที่เตรียมโดยใช้กระบวนการที่ปรับให้เหมาะสมนั้นมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในการใช้งานด้านเครื่องสำอาง ALPA เชี่ยวชาญด้านการบดละเอียดพิเศษและการจำแนกประเภทเพื่อเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ของคุณ เชี่ยวชาญด้านการบดละเอียดพิเศษและการจำแนกประเภทแบริต์
ศักยภาพของมอนต์มอริลโลไนต์ในสาขาพลังงานใหม่
มอนต์มอริลโลไนต์ (MMT) เป็นแร่ซิลิเกตแบบชั้น โครงสร้างของมอนต์มอริลโลไนต์ อะตอมอะลูมิเนียมที่มีวาเลนซ์สูงในออกตาฮีดราอะลูมิเนียม-ออกซิเจน สามารถถูกแทนที่ได้อย่างง่ายดายด้วยอะตอมที่มีวาเลนซ์ต่ำ ทำให้เกิดประจุลบระหว่างชั้น เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างระหว่างชั้น มอนต์มอริลโลไนต์จะดูดซับไอออนบวก เช่น Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ และ K+ จากสภาพแวดล้อม คุณสมบัตินี้ทำให้มอนต์มอริลโลไนต์มีความสามารถในการดูดซับและแลกเปลี่ยนไอออนบวกได้อย่างมีประสิทธิภาพ โครงสร้างและความสามารถในการแลกเปลี่ยนที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้มอนต์มอริลโลไนต์มีศักยภาพอย่างมากสำหรับการนำไปประยุกต์ใช้ในสาขาเทคโนโลยีพลังงานใหม่
วัสดุแบตเตอรี่ลิเธียม
(1) สำหรับอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตต
งานวิจัยจำนวนมากแสดงให้เห็นว่ามอนต์มอริลโลไนต์ (MMT) ซึ่งเป็นสารตัวเติมอนินทรีย์ชนิดใหม่ สามารถปรับปรุงสภาพการนำไฟฟ้าไอออนิกและสมบัติเชิงกลของอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์แบบของแข็ง (SPE) ได้อย่างมีนัยสำคัญ
(2) การสร้างชั้น SEI เทียม
ในฟิล์มโซลิดอิเล็กโทรไลต์เฟส (SEI) เทียม มอนต์มอริลโลไนต์-ลิเธียม (Li-MMT) แบบเป็นชั้นๆ จะให้คุณสมบัติเชิงกลที่ดีแก่ชั้น SEI และมีช่องลำเลียง Li+ ซึ่งช่วยยับยั้งการเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ เซลล์ Li-LiFePO4 แบบเต็มเซลล์ที่ประกอบเข้ากับชั้น SEI Li-MMT ได้รับประโยชน์จากช่อง Li+ ที่รวดเร็วใน Li-MMT ทำให้ประสิทธิภาพอัตราการทำงานที่เหนือกว่า และรักษาอัตราการเก็บรักษาความจุได้สูงถึง 90.6% หลังจาก 400 รอบที่อัตรา 1C
(3) การปรับปรุงประสิทธิภาพตัวแยก
MMT ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพตัวแยกเนื่องจากคุณสมบัติการดูดซับที่ยอดเยี่ยม เมื่อเปรียบเทียบกับตัวแยก PE เชิงพาณิชย์ ตัวแยกที่ปรับปรุงด้วย Li-MMT มีความเข้มข้นของ Li+ ที่สูงกว่าที่บริเวณรอยต่อระหว่างอิเล็กโทรด/อิเล็กโทรไลต์ ซึ่งช่วยลดการสะสมลิเธียมแบบจำเพาะเจาะจง ลดความหนาแน่นกระแสไฟฟ้า และยับยั้งการเติบโตของเดนไดรต์
(4) การปรับปรุงอิเล็กโทรไลต์เหลวให้เหมาะสม
ในระบบแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัล เมื่อเปรียบเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ PEO มอนต์มอริลโลไนต์มีความสัมพันธ์กับลิเธียมโลหะได้ดีกว่า โดยมีศักย์ซีตาอยู่ที่ +26 มิลลิโวลต์ ซึ่งส่งเสริมการเพิ่มปริมาณของลิเธียมไอออนใกล้พื้นผิวมอนต์มอริลโลไนต์ ด้วยการดูดซับและแยกลิเธียมไอออน ศักย์เกินจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็น -57.7 มิลลิโวลต์ ชี้นำให้ลิเธียมไอออนเคลื่อนตัวจากมอนต์มอริลโลไนต์และสะสมบนพื้นผิวของตัวรับกระแสไฟฟ้าทองแดง
(5) วัสดุพาหะ
ตัวเก็บประจุยิ่งยวด
วัสดุแม่แบบ
แร่ธาตุธรรมชาติบางชนิดมีสัณฐานวิทยาเฉพาะ เช่น แอตตาพัลไกต์ มอนต์มอริลโลไนต์ ฮัลลอยไซต์ และไดอะโทไมต์ ซึ่งมักใช้เป็นแม่แบบในการสังเคราะห์วัสดุคาร์บอนที่มีรูพรุนที่มีสัณฐานวิทยาเฉพาะ นอกจากนี้ โพลิเมอร์นำไฟฟ้าที่มีสัณฐานวิทยาเฉพาะยังสามารถสังเคราะห์ได้โดยใช้วิธีแม่แบบแร่ (2) วัสดุพาหะอิเล็กโทรด
เพื่อให้ได้วัสดุแอคทีฟที่มีสัณฐานวิทยาเฉพาะเจาะจง พร้อมๆ กับเพิ่มความจุจำเพาะและปรับปรุงเสถียรภาพในการหมุนเวียน วัสดุแอคทีฟสามารถบรรจุลงบนพื้นผิวของแร่ธาตุ เช่น มอนต์มอริลโลไนต์และฮัลลอยไซต์ได้
วัสดุกักเก็บก๊าซมีเทน
ปัจจุบัน นักวิจัยกำลังศึกษาการใช้เทคโนโลยีการกักเก็บก๊าซธรรมชาติแบบดูดซับ ซึ่งประหยัด สะดวก และปลอดภัย เป็นทางเลือกแทนเทคโนโลยีก๊าซธรรมชาติอัดและก๊าซธรรมชาติเหลวแบบดั้งเดิม การศึกษาแสดงให้เห็นว่าแร่ดินเหนียวมีบทบาทเชิงบวกในการก่อตัวและพัฒนาแหล่งกักเก็บก๊าซจากชั้นหิน และมีความสามารถในการกักเก็บก๊าซ
วัสดุเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้า
การเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาชนิดหนึ่งที่เร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนประจุที่รอยต่อระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ เช่น วิวัฒนาการของไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าเคมี วิวัฒนาการของออกซิเจน และการลด NOx แร่ดินเหนียว เช่น มอนต์มอริลโลไนต์ ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในฐานะตัวพาสำหรับส่วนประกอบปฏิกิริยาอิเล็กโทรแคตาไลติกโฟโตอิเล็กโทร เพื่อป้องกันการรวมตัวของอนุภาค ปรับปรุงเสถียรภาพของโมเลกุลสารไวแสง และเพิ่มการเลือกปฏิกิริยา
วัสดุกักเก็บพลังงานความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส
วัสดุกักเก็บพลังงานความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส (PCM) เป็นวัสดุฟังก์ชันชนิดใหม่ที่ใช้การดูดซับหรือปลดปล่อยความร้อนในระหว่างการเปลี่ยนเฟสเพื่อกักเก็บและปลดปล่อยพลังงานความร้อน แร่ธาตุธรรมชาติมีบทบาทสำคัญในสาขาการกักเก็บพลังงานความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส ในแง่หนึ่ง แร่ธาตุธรรมชาติเองก็เป็นวัสดุเปลี่ยนเฟสอนินทรีย์ที่ยอดเยี่ยม และสามารถแปรรูปเป็นวัสดุกักเก็บพลังงานความร้อนแบบเปลี่ยนเฟสประสิทธิภาพสูงได้หลังจากเติมสารเร่งปฏิกิริยาและสารเพิ่มความข้นที่เหมาะสม ในอีกแง่หนึ่ง โครงสร้างที่มีรูพรุนของแร่ธาตุสามารถทำหน้าที่เป็นตัวพาที่ดีเยี่ยมสำหรับวัสดุกักเก็บพลังงานความร้อนแบบเปลี่ยนเฟส
การดัดแปลงการเคลือบผงไททาเนียมไดออกไซด์
การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผงไทเทเนียมไดออกไซด์ (ไทเทเนียมไวท์) เป็นวิธีการสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพ (เช่น การกระจายตัว ความทนทานต่อสภาพอากาศ ความเงา และความเสถียรทางเคมี) เทคนิคการปรับเปลี่ยนพื้นผิวทั่วไปสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ การเคลือบอนินทรีย์ การเคลือบอินทรีย์ และการเคลือบคอมโพสิต ต่อไปนี้คือรายละเอียดการจำแนกประเภทและคำอธิบายโดยย่อของวิธีการเหล่านี้:
การปรับเปลี่ยนการเคลือบอนินทรีย์
วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการเคลือบพื้นผิวของอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ด้วยชั้นของออกไซด์หรือเกลืออนินทรีย์ ซึ่งก่อตัวเป็นชั้นกั้นทางกายภาพเพื่อปรับปรุงความเสถียรทางเคมีและคุณสมบัติทางแสง
1. การเคลือบออกไซด์
หลักการ: ไฮเดรตของโลหะออกไซด์ (เช่น SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ เป็นต้น) จะถูกตกตะกอนลงบนพื้นผิวของอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ ทำให้เกิดชั้นเคลือบที่สม่ำเสมอ
กระบวนการ: โดยทั่วไปจะใช้วิธีการตกตะกอนแบบเฟสของเหลว โดยเติมเกลือโลหะ (เช่น โซเดียมซิลิเกต อะลูมิเนียมซัลเฟต) ลงในสารละลายไทเทเนียมไดออกไซด์ และปรับค่า pH เพื่อให้โลหะออกไซด์เกิดการตกตะกอนไฮเดรตบนพื้นผิว
2. การเคลือบคอมโพสิตออกไซด์
หลักการ: การเคลือบด้วยโลหะออกไซด์ตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป (เช่น Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂ เป็นต้น) โดยผสานข้อดีของแต่ละส่วนประกอบเข้าด้วยกัน
คุณสมบัติ: ประสิทธิภาพโดยรวมที่เหนือกว่า ตัวอย่างเช่น การเคลือบ Al₂O₃-SiO₂ สามารถปรับปรุงการกระจายตัวและความทนทานต่อสภาพอากาศได้ในเวลาเดียวกัน เหมาะสำหรับการเคลือบยานยนต์และการเคลือบคอยล์ที่ต้องการความแม่นยำสูง
3. การเคลือบด้วยเกลือ
หลักการ: การใช้เกลือโลหะ (เช่น ฟอสเฟต ซิลิเกต ซัลเฟต เป็นต้น) เพื่อสร้างชั้นเกลือที่ไม่ละลายน้ำบนพื้นผิวของอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์
การดัดแปลงสารเคลือบอินทรีย์
วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยาสารประกอบอินทรีย์กับหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวของไทเทเนียมไดออกไซด์ ทำให้เกิดชั้นโมเลกุลอินทรีย์เพื่อปรับปรุงความเข้ากันได้กับสารอินทรีย์ 1. การเคลือบด้วยสารเชื่อมต่อ
หลักการ: ใช้โครงสร้างแอมฟิฟิลิกของสารเชื่อมต่อ (เช่น ไซเลน ไททาเนต และอะลูมิเนต) ปลายด้านหนึ่งจับกับหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวไทเทเนียมไดออกไซด์ ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งทำปฏิกิริยากับเมทริกซ์อินทรีย์ (เช่น เรซิน โพลิเมอร์)
หน้าที่:
สารเชื่อมต่อไซเลน: ปรับปรุงการกระจายตัวของไทเทเนียมไดออกไซด์ในระบบน้ำ ซึ่งมักใช้ในสารเคลือบและหมึกพิมพ์ที่ใช้น้ำ
สารเชื่อมต่อไททาเนต/อะลูมิเนต: ปรับปรุงความเข้ากันได้ในระบบที่มีน้ำมัน เช่น พลาสติกและยาง ลดการเกาะตัวระหว่างกระบวนการ
2. การเคลือบสารลดแรงตึงผิว
หลักการ: สารลดแรงตึงผิว (เช่น กรดไขมัน ซัลโฟเนต และเกลือควอเทอร์นารีแอมโมเนียม) จะเกาะติดกับพื้นผิวไทเทเนียมไดออกไซด์ผ่านการดูดซับทางกายภาพหรือปฏิกิริยาทางเคมี ก่อให้เกิดชั้นประจุหรือชั้นไฮโดรโฟบิก
3. การเคลือบพอลิเมอร์
หลักการ: การต่อโพลิเมอร์ (เช่น อะคริเลต อีพอกซีเรซิน และไซลอกเซน) เข้ากับพื้นผิวไทเทเนียมไดออกไซด์ผ่านปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน
หน้าที่:
สร้างชั้นเคลือบหนา ช่วยป้องกันการกัดกร่อนจากสารเคมี และเพิ่มความทนทานต่อสภาพอากาศและคุณสมบัติเชิงกล
เพิ่มความเข้ากันได้กับเรซินเฉพาะทาง เหมาะสำหรับวัสดุผสมและสารเคลือบประสิทธิภาพสูง
4. การเคลือบออร์กาโนซิลิคอน
หลักการ: การใช้พลังงานพื้นผิวต่ำของโพลีไซลอกเซน (น้ำมันซิลิโคน เรซินซิลิโคน ฯลฯ) เพื่อเคลือบอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์
หน้าที่: ลดแรงตึงผิว ปรับปรุงการกระจายตัวและความลื่นไหล ซึ่งนิยมใช้ในหมึกพิมพ์และเครื่องสำอาง
การดัดแปลงการเคลือบแบบผสม
ด้วยการผสมผสานข้อดีของการเคลือบแบบอนินทรีย์และแบบอินทรีย์ กระบวนการเคลือบแบบคู่ (แบบต่อเนื่องหรือแบบพร้อมกัน) จึงให้ประสิทธิภาพที่เสริมกัน
1. การเคลือบแบบต่อเนื่องแบบอนินทรีย์-อินทรีย์
กระบวนการ: ขั้นแรก สร้างเกราะป้องกันทางกายภาพด้วยออกไซด์อนินทรีย์ (เช่น SiO₂) จากนั้นทำการดัดแปลงแบบอินทรีย์ด้วยสารจับคู่หรือโพลิเมอร์
คุณสมบัติ: สร้างสมดุลระหว่างความทนทานต่อสภาพอากาศและความเข้ากันได้ เหมาะสำหรับการเคลือบสถาปัตยกรรมประสิทธิภาพสูงหรือสีรถยนต์ OEM 2. การเคลือบแบบผสมอนินทรีย์-อินทรีย์
กระบวนการ: สารเคลือบอนินทรีย์และสารเคลือบอินทรีย์จะถูกเติมลงในระบบปฏิกิริยาเดียวกันพร้อมกันเพื่อสร้างโครงสร้างแกน-เปลือก
คุณสมบัติ: ชั้นเคลือบมีการยึดเกาะที่แข็งแรงขึ้นและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นอย่างมาก เหมาะสำหรับการใช้งานระดับสูง (เช่น การเคลือบอากาศยาน นาโนคอมโพสิต)
เทคโนโลยีการเคลือบพิเศษอื่นๆ
1. การเคลือบด้วยอนุภาคนาโน
หลักการ: การใช้อนุภาคนาโน (เช่น นาโน-SiO₂, นาโน-ZnO) สำหรับการเคลือบจะช่วยเพิ่มการป้องกันรังสียูวีและความโปร่งใส ซึ่งนิยมใช้ในเครื่องสำอางกันแดดและสารเคลือบออปติคัล
2. ไมโครเอนแคปซูเลชัน
หลักการ: การห่อหุ้มอนุภาคไทเทเนียมไดออกไซด์ในไมโครแคปซูลพอลิเมอร์ ปลดปล่อยไทเทเนียมไดออกไซด์โดยการควบคุมสภาวะการแตกของแคปซูล (เช่น อุณหภูมิ ค่า pH) ซึ่งเหมาะสำหรับการเคลือบแบบอัจฉริยะและระบบการปลดปล่อยแบบควบคุม
การเลือกวิธีการเคลือบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการใช้งาน (เช่น สารเคลือบ พลาสติก หมึกพิมพ์ เครื่องสำอาง) และข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ (ความทนทานต่อสภาพอากาศ การกระจายตัว ความเข้ากันได้ ฯลฯ)