초미립 분말 미크론에서 나노미터 크기의 입자를 가진 물질을 말합니다. 광물 가공, 초미분말은 100%를 의미합니다 입자 크기 30μm 미만. 나노소재는 크기 효과 및 거시적 양자 터널링과 같은 고유한 특성을 보입니다. 이러한 특성으로 인해 나노소재는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 나노소재는 비표면적이 크고 활성도가 높습니다. 나노소재는 매우 불안정하고 쉽게 응집되어 본래의 특성을 잃습니다. 응집은 소재의 가치를 떨어뜨리고 성능을 제한하며, 나노소재의 제조 및 보관을 어렵게 만듭니다. 따라서 응집은 나노소재 개발에 있어 핵심적인 기술적 과제입니다.
초미립분말의 응집
초미립 분말의 응집은 1차 입자들이 더 큰 덩어리로 뭉쳐지는 것을 의미합니다. 이는 제조, 분리, 취급 및 보관 과정에서 발생합니다. 현재 초미립 분말 응집의 주요 원인은 세 가지로 알려져 있습니다. 첫째, 분자간 힘이 초미립 분말 응집을 유발합니다. 둘째, 입자 사이의 정전기력이 응집을 유발합니다. 셋째, 입자들이 공기 중에 부유할 때 서로 결합합니다.
분자간 힘은 초미립 분말 응집을 유발합니다.
광물 재료가 초미세화되면 입자 간 거리가 매우 짧아집니다. 반데르발스 힘은 입자 자체의 중력을 훨씬 능가합니다. 따라서 초미세 입자는 서로 끌어당기고 뭉치는 경향이 있습니다. 입자 표면의 수소 결합과 흡착된 수분 다리 또한 접착을 유발합니다. 기타 화학적인 결합 효과는 입자 응집을 더욱 촉진합니다.
입자 사이의 정전기력은 응집을 유발합니다.
초미세 가공 과정에서 광물 재료는 충격과 마찰로 인해 전하를 얻습니다. 새롭게 형성된 초미세 입자는 다량의 양전하 또는 음전하를 축적합니다. 표면의 돌출부 중 일부는 양전하를 띠고, 다른 돌출부는 음전하를 띱니다. 이러한 대전된 입자는 매우 불안정합니다. 안정화를 위해 입자들은 서로 끌어당기고 날카로운 부분에서 접촉합니다. 이러한 결합은 입자 응집을 유발합니다. 정전기력이 이 공정의 주요 원동력입니다.
공기 중의 입자 결합
상대 습도가 65%를 초과하면 수증기가 입자 표면에 응축됩니다. 입자 사이에 액체 다리가 형성되어 응집이 크게 촉진됩니다.
또한, 분쇄 과정에서 광물 재료는 많은 양의 기계적 또는 열 에너지를 흡수합니다. 따라서 새로운 초미립자는 매우 높은 표면 에너지를 가지게 됩니다. 이 상태에서 입자는 매우 불안정합니다. 표면 에너지를 줄이기 위해 입자들은 서로 뭉쳐 서로 가까이 이동하는 경향이 있으며, 이로 인해 입자 응집이 쉽게 발생합니다.
나노물질 응집은 연성 응집과 경성 응집으로 나뉩니다. 연성 응집은 분자간 힘과 반데르발스 힘에 의해 발생합니다. 연성 응집은 비교적 쉽게 제거할 수 있습니다. 경성 응집 형성을 설명하는 이론은 모세관 흡착 이론, 수소 결합 이론, 결정 다리 이론 등 다섯 가지가 있습니다. 또한 화학 결합 이론과 표면 원자 확산 결합 이론도 존재합니다. 그러나 아직 통일된 설명은 없습니다. 현재 많은 연구가 초미립 분말 응집을 방지하기 위한 분산 기술에 집중하고 있습니다.
초미립분말의 분산
초미립 분말 분산은 주로 두 가지 유형의 분산 상태와 관련이 있습니다.
하나는 기체 매질에서의 분산이고, 다른 하나는 액체 매질에서의 분산입니다.
액상 분산법
기계적 분산법
기계적 분산은 외부 전단력이나 충격력을 이용하여 나노입자를 매질에 분산시키는 방법입니다. 분쇄, 볼밀, 핀밀, 에어젯밀, 그리고 기계적 교반.
기계적 교반의 주요 문제점은 입자가 난류를 벗어날 때 다시 응집될 수 있다는 것입니다. 입자가 난류를 벗어나면 외부 환경으로 인해 클러스터가 재형성될 수 있습니다. 따라서 화학적 분산제를 사용한 기계적 교반을 사용하면 더 나은 분산 결과를 얻을 수 있습니다.
화학적 분산법
화학적 분산은 산업 생산에서 초미립 분말 현탁액을 분산하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 무기 전해질, 계면활성제, 고분자 분산제를 첨가하여 분말 표면을 개질합니다.
이는 분말과 액체 매질 사이의 상호작용을 변화시켜 분산을 달성합니다.
분산제에는 계면활성제, 저분자 무기 전해질, 고분자 분산제, 그리고 커플링제가 포함됩니다. 이 중 고분자 분산제가 가장 널리 사용되며, 폴리전해질이 가장 중요합니다.
초음파 방식
초음파 제어는 산업용 현탁액을 초음파장 내에 위치시킵니다. 주파수와 지속 시간을 조절함으로써 입자가 완전히 분산됩니다. 초음파는 나노입자 분산에 더욱 효과적입니다. 초음파 분산은 캐비테이션을 이용하여 고온, 고압, 충격파, 그리고 마이크로젯을 생성합니다. 이러한 현상은 나노입자 간의 상호 작용력을 약화시켜 응집을 방지하고 분산을 보장합니다. 그러나 과도한 초음파 교반은 피해야 합니다. 열과 기계적 에너지가 증가하면 입자 충돌이 증가하여 응집이 더욱 심화됩니다.
기체상 분산 방법
건조 및 분산
습한 공기 중에서는 분말 입자 사이의 액체 다리가 응집의 주요 원인입니다. 고체 물질을 건조하는 데는 두 가지 기본 과정이 필요합니다. 첫째, 재료에 열을 가하여 수분을 기화시킵니다. 둘째, 기화된 수분이 기체 상태로 확산됩니다. 따라서 액체 다리 형성을 방지하거나 기존 다리를 끊는 것이 분산을 보장하는 데 중요합니다. 대부분의 분말 생산 공정은 전처리 단계로 가열 및 건조를 사용합니다.
기계적 분산
기계적 분산은 기계적 힘을 사용하여 응집된 입자를 분해하는 것을 의미합니다. 필요한 조건은 기계적 힘(전단 응력 및 압축 응력)이 접착력보다 커야 한다는 것입니다. 일반적으로 기계적 힘은 고속 회전 임펠러 디스크 또는 고속 공기 분사 충격에 의해 생성됩니다. 이로 인해 강한 난류 기류 운동이 발생합니다. 예를 들어, 에어젯밀 그리고 핀밀 등.
기계적 분산은 비교적 쉽게 달성할 수 있습니다. 하지만 강제 분산 방식입니다. 응집된 입자는 분산기에서 분해될 수 있지만, 입자들 간의 상호작용은 변하지 않습니다. 분산기를 떠난 입자는 다시 응집될 수 있습니다. 또한, 기계적 분산은 부서지기 쉬운 입자를 분쇄할 수 있습니다. 기계 장비의 마모로 인해 분산 효율이 감소합니다.
정전기 분산
균질 입자의 경우, 표면 전하 유사성은 정전기적 반발을 유발합니다. 따라서 정전기력을 입자 분산에 이용할 수 있습니다. 핵심은 입자 집단을 어떻게 완전히 충전할 것인가입니다. 접촉 대전이나 유도 대전과 같은 방법을 통해 입자를 대전시킬 수 있습니다. 가장 효과적인 방법은 코로나 대전입니다. 이 방법은 코로나 방전을 이용하여 이온 커튼을 형성하고 입자를 대전시킵니다. 입자들은 같은 극성의 전하를 받습니다. 대전된 입자들 사이의 정전기적 반발은 입자들을 분산시킵니다.
결론
초미세 분말 개질에는 기존 방식과는 크게 다른 여러 가지 방법이 있습니다. 그러나 어떤 방법을 사용하든 개질 원리에 대한 추가 연구가 필요합니다. 목표는 다양한 개질 요구와 실제 생산에 적합한 새로운 방법을 찾는 것입니다.
이를 위해서는 개질 메커니즘에 대한 심층적인 이해를 바탕으로 개질 공정을 최적화해야 합니다. 다양한 개질 목표를 달성할 수 있는 "복합" 처리 공정을 개발해야 합니다. 또한, 표면 개질에 적응하기 위해 기존 일반 화학 장비를 개질해야 합니다. 결론적으로, 이를 위해서는 분말 산업, 학계, 그리고 연구 전반의 협력과 지속적인 발전이 필요합니다.
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