Bubuk ultrahaluss merujuk pada material dengan ukuran partikel mulai dari skala mikron hingga nanometer. Menurut konsensus di mineral industri pengolahan, bubuk ultrahaluss didefinisikan sebagai bubuk dengan 100% ukuran partikel Kurang dari 30 μm. Nanomaterial memiliki sifat unik yang tidak dimiliki material tradisional, seperti efek ukuran, efek terowongan kuantum makroskopis, dan efek permukaan. Sifat-sifat inilah yang membuatnya banyak digunakan.
Namun, nanomaterial memiliki luas permukaan spesifik yang besar dan aktivitas yang tinggi, sehingga sangat tidak stabil. Nanomaterial sangat rentan terhadap agregasi, yang menyebabkan hilangnya sifat aslinya, sehingga mengurangi nilainya. Masalah agregasi merupakan masalah teknologi utama yang membatasi pengembangan nanomaterial.
Agregasi serbuk ultrahalus mengacu pada fenomena di mana partikel serbuk primer saling terhubung membentuk gugus partikel yang lebih besar selama persiapan, pemisahan, penanganan, atau penyimpanan. Alasan agregasi serbuk ultrahalus bubukAda tiga hal utama yang perlu diperhatikan:
- Interaksi molekul antara partikel
- Interaksi elektrostatik antar partikel
- Adhesi partikel di udara
Interaksi Molekuler yang Menyebabkan Agregasi:
Ketika material mineral digiling hingga ukuran tertentu, jarak antar partikel menjadi sangat kecil, dan gaya van der Waals antar partikel menjadi jauh lebih besar daripada gaya gravitasinya sendiri. Dengan demikian, partikel ultrahalus cenderung saling tarik menarik dan beragregasi. Ikatan hidrogen, jembatan air yang teradsorpsi, dan lainnya bahan kimia Ikatan pada permukaan partikel ultrahalus juga menyebabkan adhesi dan penggumpalan partikel.
Interaksi Elektrostatik yang Menyebabkan Agregasi
Dalam proses ultrafining, akibat impak, gesekan, dan pengurangan ukuran partikel, sejumlah besar muatan positif atau negatif terakumulasi pada permukaan partikel ultrafine yang baru terbentuk. Partikel-partikel ini sangat tidak stabil karena tonjolan permukaannya membawa muatan positif atau negatif. Untuk mencapai keadaan stabil, partikel-partikel ini saling tarik menarik, dan sudut-sudut tajam saling bersentuhan, yang menyebabkan agregasi. Gaya utama yang berperan di sini adalah gaya elektrostatik.
Adhesi Partikel di Udara
Ketika kelembapan relatif udara melebihi 65%, uap air mulai mengembun di permukaan dan di antara partikel. Pembentukan jembatan cairan antar partikel ini sangat meningkatkan efek agregasi. Lebih lanjut, selama proses penggilingan, material mineral menyerap banyak energi mekanik atau termal, menyebabkan energi permukaan partikel ultrahalus yang baru terbentuk menjadi sangat tinggi. Partikel-partikel tersebut berada dalam keadaan tidak stabil, dan untuk mengurangi energi permukaan, mereka cenderung beragregasi, sehingga menjadi stabil.
Metode Dispersi dalam Fase Cair
Dispersi Mekanis
Dispersi mekanis menggunakan gaya geser atau impak eksternal untuk mendispersikan nanopartikel dalam suatu medium. Metode yang digunakan antara lain: menggiling, ball milling, vibration milling, colloid milling, air jet milling, dan pengadukan mekanis. Namun, ketika partikel meninggalkan medan turbulen yang dihasilkan oleh pengadukan mekanis, lingkungan eksternal kembali normal, dan partikel dapat beragregasi kembali. Oleh karena itu, penggunaan kombinasi pengadukan mekanis dan dispersan kimia seringkali menghasilkan efek dispersi yang lebih baik.
Dispersi Kimia
Dispersi kimia banyak digunakan dalam produksi industri untuk mendispersikan bubuk ultrahalusdalam suspensi. Dengan menambahkan elektrolit anorganik, surfaktan, dan dispersan polimer, sifat permukaan serbuk diubah, mengubah interaksinya dengan medium cair dan antar partikel untuk mencapai dispersi. Dispersan meliputi surfaktan, elektrolit anorganik molekul kecil, dispersan polimer, dan agen penggandeng, dengan dispersan polimer sebagai yang paling umum digunakan.
Metode Ultrasonik
Dispersi ultrasonik melibatkan penempatan suspensi langsung dalam medan ultrasonik dan pengaturan frekuensi serta waktu pemaparan yang tepat untuk mendispersikan partikel. Ultrasonik lebih efektif untuk mendispersikan nanopartikel. Kavitasi ultrasonik menghasilkan suhu tinggi, tekanan tinggi, gelombang kejut yang kuat, dan jet mikro lokal yang melemahkan interaksi nano antar partikel, sehingga secara efektif mencegah agregasi dan mencapai dispersi. Namun, pemanasan berlebih harus dihindari, karena peningkatan energi termal dan mekanik dapat meningkatkan tumbukan partikel dan menyebabkan agregasi lebih lanjut.
Metode Dispersi dalam Fase Gas
Dispersi Kering
Di udara lembap, jembatan cairan antar partikel bubuk merupakan penyebab utama agregasi. Pengeringan bahan padat melibatkan dua proses dasar: perpindahan panas untuk menguapkan air dan difusi air yang menguap ke fase gas. Oleh karena itu, mencegah pembentukan jembatan cairan atau memutus jembatan yang sudah ada merupakan metode kunci untuk memastikan dispersi partikel. Sebagian besar proses produksi bubuk menggunakan pemanasan dan pengeringan sebagai praperlakuan.
Dispersi Mekanis
Dispersi mekanis melibatkan penggunaan gaya mekanis untuk memecah gugus partikel. Syarat yang diperlukan adalah gaya mekanis (tegangan geser dan tekan) harus melebihi gaya adhesif antar partikel. Gaya ini biasanya dihasilkan oleh cakram berputar berkecepatan tinggi, injeksi aliran gas berkecepatan tinggi, dan turbulensi yang kuat. Dispersi mekanis mudah diterapkan, tetapi merupakan metode dispersi paksa. Meskipun partikel dapat dipecah di dalam pendispersi, gaya antar partikel tetap sama. Setelah partikel meninggalkan pendispersi, mereka dapat melekat kembali. Selain itu, dispersi mekanis dapat menyebabkan partikel rapuh hancur, dan efektivitasnya menurun seiring dengan keausan peralatan mekanis.
Dispersi Elektrostatik
Untuk partikel homogen, gaya elektrostatik menciptakan tolakan karena muatan yang identik pada permukaannya. Gaya elektrostatik dapat digunakan untuk dispersi partikel. Tantangannya adalah bagaimana mengisi partikel secara penuh. Metode seperti pengisian kontak, pengisian induksi, atau pengisian korona dapat digunakan untuk mengisi partikel. Metode yang paling efektif adalah lucutan korona, di mana partikel melewati daerah terionisasi dan menerima muatan yang sama, sehingga memungkinkan tolakan elektrostatik untuk mendispersikan partikel.
Bubuk Epik
Epic Powder, 20+ tahun pengalaman kerja di industri bubuk ultrafine. Secara aktif mempromosikan pengembangan bubuk ultra-fine di masa depan, dengan fokus pada proses penghancuran, penggilingan, pengklasifikasian, dan modifikasi bubuk ultra-fine. Hubungi kami untuk konsultasi gratis dan solusi yang disesuaikan! Tim ahli kami berdedikasi untuk menyediakan produk dan layanan berkualitas tinggi guna memaksimalkan nilai pemrosesan bubuk Anda. Epic Powder—Ahli Pemrosesan Bubuk Tepercaya Anda!