구형 실리카 분말 이산화규소는 구형의 물질입니다. 뛰어난 특성과 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 입자는 규칙적인 구형입니다. 불규칙적인 실리카와 비교했을 때, 구형 실리카 분말 성능이 우수합니다. 일반적으로 순도가 높고 입자 크기 분포가 좁습니다. 또한 백색도가 우수합니다. 유동성이 뛰어나고 분산성도 좋습니다. 이러한 특성 덕분에 다양한 재료에 고르게 분산되어 기능적 성능을 효과적으로 발휘합니다.
구형 실리카의 제조 방법은 크게 물리적 방법과 화학적 방법 두 가지로 나눌 수 있다. 이는 제조 과정에서 화학적 변화가 일어나는지 여부에 따라 결정된다.
물리적 방법
볼 밀링
분쇄 및 분류 장비를 사용하여 초미세 분말을 생산합니다.
재료의 상태에 따라 건식 및 습식 방법으로 나뉩니다. 습식 분쇄는 물을 운반 매체로 사용하며, 교반식 분쇄기를 이용하여 입자를 분쇄합니다. 이 방법을 통해 분산성이 우수한 초미세 입자를 얻을 수 있으며, 입자 크기 또한 비교적 균일합니다.
분무 방식
이 방법은 분무 건조기를 이용하여 액체 원료를 급속 건조시켜 시료를 얻는 것입니다. 구체적으로, 액체 원료는 먼저 분무기를 통과하여 매우 미세한 액적을 형성하고, 이 액적들이 뜨거운 공기와 접촉하면 액적 내부의 수분이 외부로 이동하기 시작하면서 원료 입자들이 응집됩니다. 이렇게 응집된 원료는 건조 과정을 거쳐 원하는 제품을 얻을 수 있습니다.
화염 구형화 방법
고온 환경(1600~2000℃)에서 가열하면 분말 표면의 모서리와 가장자리가 점차 녹습니다. 그런 다음 표면 장력의 작용으로 구형 입자가 점차 형성됩니다. 일반 석영 분말을 원료로 사용할 경우, 산소-아세틸렌 화염법으로 구형 규소 분말을 제조할 수 있으며, 이를 통해 제품 표면이 매끄럽고 구형화율이 95%에 도달할 수 있습니다.
화염 용융법
먼저, 각형 실리콘 미세분말을 원료로 사용하여 분쇄, 선별, 정제 등의 전처리 공정을 거친다. 즉, 각형 실리콘 미세분말을 제트 크러셔로 분쇄한 후, 다단계 전처리를 통해 적절한 입자 크기를 가진 물질을 선별한다. 그 후, 아세틸렌, 천연가스 등의 가스를 열원으로 사용하여 분말을 용융시킨다. 이러한 가스의 연소로 발생하는 화염은 깨끗하고 무공해이다. 고온 화염 용융법을 이용하여 적절한 입자 크기의 각형 실리콘 미세분말을 고온에서 순간 용융시킨다. 용융된 분말을 급속 냉각시켜 구상화시키면, 최종적으로 고순도, 균일한 입자 크기를 가진 구형 실리콘 미세분말을 얻을 수 있다.
플라즈마 방법
아크 플라즈마의 고온을 이용합니다. 실리카 또는 석영 분말이 녹아 미세한 물방울이 형성됩니다. 표면 장력 덕분에 물방울들은 구형을 이룹니다. 냉각 후, 구형의 실리카 입자가 생성됩니다.
고온 소성
고온 소성 공정은 천연 석영 분말을 원료로 시작합니다. 분말을 알칼리 조건에서 숙성시킨 후, 불순물 제거를 위해 여과합니다. 여과된 물질은 탈수 및 건조 과정을 거칩니다. 결합제를 첨가하여 블록 형태의 시료를 제조하고, 고온로에서 소성합니다. 냉각 후, 생성물을 분산시키고 분쇄 및 구형화 공정을 진행합니다. 이어서 자력 분리 및 공기 선별 과정을 거칩니다. 최종 생성물은 고순도 구형 실리카이며, 높은 구형화율과 우수한 백색도를 나타냅니다. 또한, 분말의 유동성과 분산성이 뛰어납니다. 그러나 이 방법은 아직 실험실 연구 단계에 머물러 있습니다.
직접 연소 방식
직접 연소 방식은 천연 광물 분말을 사용하여 화염 융합을 유도합니다.
이는 순도와 입자 크기 분포 모두에 제한을 가합니다.
고온 용융 분무법
이 방법은 고순도 석영을 2100~2500℃의 고온에서 액체 상태로 녹인 후, 분무 및 냉각 등의 공정을 거쳐 최종적으로 구형 규소 분말을 얻는 것이다. 제품 표면은 매끄럽고, 구상화율과 비정질화율은 100%에 달할 수 있다.
화학적 방법
기체상 방법
기상법은 할로겐화규소를 증류하는 것으로 시작합니다. 증류된 할로겐화규소는 고온에서 기화됩니다. 수소와 산소를 정해진 비율로 첨가합니다. 압력과 열 하에서 기상 가수분해가 일어납니다. 생성물은 사이클론 분리기를 사용하여 수집합니다. 이 방법을 통해 고순도 나노실리카 입자를 얻을 수 있습니다. 반응 공정은 정밀하게 제어됩니다. 그러나 이 방법은 비용이 높고, 유기 부산물을 처리하기 어렵다는 단점이 있습니다.
침전법
침전법은 규산나트륨과 산성제를 원료로 사용하며, 적절한 계면활성제도 첨가합니다. 제조 과정에서 온도 조절이 매우 중요하며, pH가 8을 초과할 경우 안정제를 첨가합니다. 세척, 건조 및 소성 과정을 거치면 구형 입자가 형성됩니다. 이 방법은 균일한 구형 실리카 분말을 얻을 수 있으며, 비용이 저렴하고 공정이 간단하며 제어가 용이하여 산업 생산에 적합합니다. 다만, 제품이 쉽게 응집되는 경향이 있습니다.
수열합성
수열합성법은 액상에서 나노입자를 제조하는 데 널리 사용됩니다.
이 공정은 150~350℃의 고온 및 고압 조건에서 진행됩니다. 무기 및 유기 화합물이 물과 반응하여 강한 대류 현상으로 이온과 분자가 성장 영역으로 이동합니다. 종자 결정은 이러한 성장 영역에 투입됩니다. 과포화 용액이 형성되고, 무기물은 여과, 세척 및 건조 과정을 거칩니다. 이 과정을 통해 초미세 고순도 입자를 얻을 수 있으며, 다른 액체 결정법에서 필요한 산화물 변환 과정을 생략할 수 있어 결정 응집 현상을 줄일 수 있습니다.
졸-겔법
졸-겔법은 원료 물질을 액상과 혼합하는 것으로 시작됩니다. 특정 조건에서 가수분해가 일어나고, 화학적 응축을 통해 실리카 졸이 형성됩니다. 시간이 지남에 따라 3차원 실리카 겔 네트워크가 형성됩니다. 이 겔을 여과하고 세척한 후, 건조 및 소결 과정을 거치면 나노실리카 또는 나노석영 입자가 생성됩니다.
마이크로에멀젼 방법
마이크로에멀젼 방법은 계면활성제를 이용하여 균일한 에멀젼을 형성합니다. 이 방법은 원래 서로 섞이지 않는 두 상을 혼합합니다. 핵 생성 및 성장은 제한된 계면 공간에서 일어납니다. 실리콘 공급원이 입자 형성을 유도합니다. 열처리 후 구형의 실리카 또는 석영이 형성됩니다. 제한된 공간으로 인해 입자 크기가 작아지며, 응집 현상도 발생할 가능성이 낮습니다.
결론
결론적으로, 구형 실리카 분말은 균일한 입자 크기와 우수한 분산성을 지닌 고정제 소재입니다. 구형 구조는 유동성과 안정성을 향상시켜 전자, 코팅, 제약 등 다양한 산업 분야에 이상적입니다. 이러한 탁월한 성능 덕분에 구형 실리카는 수많은 첨단 산업에서 필수적인 구성 요소로 자리매김하고 있습니다.
에픽 파우더
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