Cải tiến – làm cho nano-alumina hoàn hảo hơn

Nano-alumina là một loại vật liệu vô cơ mịn mới có chức năng cao. Kể từ khi bột nano-alumina được sản xuất vào giữa những năm 1980, con người đã ngày càng hiểu sâu hơn về loại vật liệu công nghệ cao này và đã khám phá ra nhiều đặc tính tuyệt vời của nó, chẳng hạn như độ cứng cao, độ bền cao, khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn và các đặc tính vượt trội khác. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, quốc phòng, công nghiệp hóa chất, vi điện tử và các lĩnh vực khác.

Trong ứng dụng thực tế của nano-alumina, việc biến tính bột luôn là một công việc rất quan trọng.

Tại sao phải biến tính?

Trước hết, là một vật liệu nano với nhiều đặc tính, nano-alumina rất dễ kết tụ do kích thước hạt cực nhỏ và năng lượng bề mặt lớn. Nếu hiện tượng kết tụ đặc biệt nghiêm trọng, nó sẽ ảnh hưởng lớn đến các đặc tính của vật liệu nano-alumina.

Ngoài ra, nano-alumina có thể được sử dụng làm màng sinh học cho nghiên cứu y học về thuốc sinh học, nhưng điện tích bề mặt của tinh thể với điện tích bề mặt cân bằng phân bố không đều do sự hiện diện của các khuyết tật mạng tinh thể. Sự tích tụ của các khuyết tật điện tích bề mặt và diện tích điện tích không gian ở cấp độ micron dẫn đến mômen lưỡng cực dạng lưới. Khi vật liệu sinh học tiếp xúc với bề mặt của các loại bột này, quá trình làm giàu sẽ xảy ra, dẫn đến tắc nghẽn lỗ rỗng và ô nhiễm màng.

Hơn nữa, tính cách điện và độ bền cao của alumina được sử dụng làm chất độn trong các vật liệu như lớp phủ và cao su để cải thiện độ cứng, khả năng cách điện, độ dẻo và khả năng chống mài mòn của vật liệu. Tuy nhiên, alumina là một chất phân cực và có khả năng tương thích kém với các vật liệu polymer không phân cực.

Do đó, việc biến tính bề mặt của alumina đã thu hút nhiều sự chú ý.

Biến tính bề mặt đề cập đến việc xử lý bề mặt các hạt rắn bằng các phương pháp vật lý hoặc hóa học, tức là quá trình thay đổi có chủ đích các tính chất vật lý, hóa học và hình thái bề mặt của bề mặt hạt theo nhu cầu ứng dụng. Hiện nay, có hai phương pháp biến tính thực tế nhất. Phương pháp đầu tiên được gọi là biến tính hữu cơ bề mặt vì nó chủ yếu sử dụng các chất biến tính hữu cơ, và phương pháp thứ hai là biến tính lớp phủ vô cơ hoặc biến tính lớp phủ bề mặt.

Biến tính hữu cơ bề mặt

Mục đích của việc biến tính hữu cơ bề mặt các hạt bột siêu mịn là làm cho bề mặt hạt trở nên kỵ nước bằng cách liên kết các nhóm hữu cơ tương ứng, từ đó cải thiện hiệu suất phân tán và khả năng tương thích giao diện của nó trong các nền hữu cơ như nhựa, cao su và sơn, đồng thời cải thiện quy trình xử lý sản phẩm và các tính chất tổng hợp của cơ học vật liệu composite. Theo loại cấu trúc hóa học, chất biến tính được chia thành axit béo bậc cao hoặc muối của chúng, axit béo bậc thấp và chất liên kết.

(1) Biến tính lớp phủ vật lý

Biến tính lớp phủ vật lý hoặc biến tính xử lý lớp phủ là phương pháp sử dụng vật liệu hữu cơ (miễn là nó là polyme, nhựa, chất hoạt động bề mặt, hợp chất polyme tan trong nước hoặc tan trong dầu và xà phòng axit béo, v.v.) để phủ lên bề mặt hạt nhằm đạt được mục đích biến tính. Đây là một quá trình biến tính bề mặt hạt một cách đơn giản.

(2) Biến tính hóa học bề mặt

Biến tính hóa học bề mặt được thực hiện thông qua phản ứng hóa học hoặc hấp phụ hóa học giữa chất biến tính bề mặt và bề mặt hạt. Đây là phương pháp biến tính được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất.

(3) Biến tính ghép

Biến tính ghép là một quá trình biến tính trong đó các monome olefin hoặc polyolefin được đưa vào bề mặt bột dưới một số điều kiện kích thích bên ngoài nhất định. Đôi khi, cần phải kích thích monome olefin sau khi đưa vào để trùng hợp monome olefin bám trên bề mặt.

Biến tính phủ bề mặt

Biến tính phủ bề mặt là công nghệ biến tính bằng cách phủ đồng đều bề mặt các hạt bột nhôm siêu mịn bằng các hạt rắn hoặc màng rắn nhỏ hơn, do đó thay đổi thành phần bề mặt, cấu trúc, hình dạng và chức năng ban đầu của các hạt.

Tùy thuộc vào môi trường và hình thức phản ứng phủ, bản chất và phương pháp biến tính lớp phủ giữa các hạt, các phương pháp biến tính lớp phủ bề mặt có thể được chia thành phương pháp kết tủa hóa học, phương pháp phủ thủy phân, phương pháp sol-gel, phương pháp bay hơi dung môi, phương pháp cơ hóa học và phương pháp pha khí. Trong đó, ba phương pháp đầu đều là phương pháp phản ứng dung dịch, tức là dung dịch muối hòa tan được kết tủa bằng tác nhân kết tủa và thủy phân, sau đó phủ lên bề mặt bột hạt cần biến tính.