Как дисперсия наночастиц оксида алюминия влияет на появление белых пятен в порошковых покрытиях.

Наночастицы оксида алюминия обычно используются в качестве функциональной добавки в порошковых покрытиях для улучшения износостойкости , устойчивости к царапинам и текучести . Однако на практике при составлении рецептур и обработке недостаточное диспергирование может привести к появлению видимых белых пятен на поверхности покрытия.

Сравнение условий дисперсии

Были оценены два условия диспергирования. Образцы в первом ряду встряхивали вручную в течение 20 секунд, чтобы имитировать упрощенный процесс перемешивания с низкой интенсивностью. Образцы во втором ряду подвергались полному механическому диспергированию, что соответствует стандартным условиям промышленной обработки.

Как показано в первом ряду рисунка 1, после 20 секунд ручного встряхивания в порошковых покрытиях, содержащих как HIFULL® ALUNA-100 , так и конкурирующий продукт, присутствовали видимые белые пятна. После достаточного механического диспергирования белые пятна в обеих системах практически исчезли, что привело к более однородному и равномерному виду поверхности.

Сравнение показывает, что условия диспергирования оказывают прямое влияние на появление видимых белых пятен в порошковых покрытиях, содержащих наночастицы оксида алюминия.

Рисунок 1. Сравнение внешнего вида порошкового покрытия при ручном и механическом нанесении.

Почему плохое рассеивание приводит к появлению белых пятен

Наночастицы оксида алюминия имеют чрезвычайно малый размер первичных частиц и большую удельную площадь поверхности. Поэтому сильные межчастичные взаимодействия, включая силы Ван дер Ваальса и электростатическое притяжение, могут способствовать образованию мягких агломератов во время хранения и транспортировки.

Энергия, выделяемая при ручном встряхивании, ограничена и может быть недостаточной для разрушения этих агломератов. В таких условиях неполностью диспергированный наночастицы оксида алюминия остаются в порошковом покрытии в виде относительно крупных агломератов. Эти локализованные агломераты могут стать видимыми на поверхности готового покрытия в виде белых пятен.

Таким образом, наблюдаемые белые пятна следует оценивать в контексте состояния дисперсии наночастиц оксида алюминия, а не исключительно как следствие присущих добавке свойств.

Как механическая дисперсия изменяет распределение частиц

Механическое диспергирование обеспечивает значительно более высокие силы сдвига и удара, чем ручное встряхивание. Такое оборудование, как трехмерные высокоскоростные миксеры, может постепенно разрушать мягкие наноагломераты оксида алюминия и распределять полученные более мелкие частицы по всей системе порошкового покрытия.

При достаточном сдвиговом воздействии агломераты измельчаются до более мелких частиц и более равномерно распределяются вокруг частиц порошковой смолы. Такое улучшенное распределение частиц снижает локальные концентрации наночастиц оксида алюминия и ограничивает образование крупных агломератов, которые могут проявляться в виде белых пятен после нанесения покрытия.

Механически диспергированные образцы на рисунке 1 подтверждают этот механизм: как HIFULL® ALUNA-100, так и конкурирующий продукт показали значительно более однородную поверхность после адекватного диспергирования.

Время диспергирования требует контроля процесса.

Тесты также показали, что увеличение времени диспергирования не обязательно приводит к улучшению технологических характеристик. Чрезмерное диспергирование привело к ухудшению текучести порошкового покрытия.

Поэтому параметры дисперсии следует контролировать, а не максимизировать. Цель состоит в том, чтобы приложить достаточно энергии для разрушения наноагломератов оксида алюминия и достижения равномерного распределения без введения условий обработки, которые негативно влияют на текучесть порошка.

При использовании в промышленных масштабах при определении технологического окна следует одновременно оценивать время диспергирования, тип смесителя, скорость вращения, размер партии, количество добавки и состав порошка.

Последствия оценки наночастиц оксида алюминия в порошковых покрытиях

Эффективность наночастиц оксида алюминия в порошковом покрытии зависит как от свойств исходного сырья, так и от условий его включения в состав. Сравнение, основанное только на кратковременном ручном смешивании, может в первую очередь отражать недостаточную дисперсию, а не фактическую эффективность наночастиц оксида алюминия в обычных производственных условиях.

Поэтому при сравнении различных марок наночастиц оксида алюминия необходимы стандартизированные условия диспергирования. Конфигурация смесителя, интенсивность диспергирования, время диспергирования, дозировка добавки и состав покрытия должны оставаться неизменными для всех образцов, чтобы различия во внешнем виде покрытия и технологических свойствах можно было оценить на сопоставимой основе.

Сравнение с ALUNA-100 показывает, что видимые белые пятна, наблюдаемые после ручного перемешивания с низкой интенсивностью, могут быть существенно уменьшены за счет адекватного механического диспергирования. Также показано, что чрезмерное диспергирование может ухудшить текучесть порошка, что делает оптимизацию диапазона диспергирования важной частью контроля рецептуры и производства.

Компания Hubei Huifu Nanomaterial Co., Ltd. разрабатывает наночастицы оксида алюминия серии HIFULL® ALUNA для порошковых покрытий и других композитных материалов. Испытания на практике сосредоточены на взаимодействии свойств материала и параметров обработки, включая поведение дисперсии, текучесть порошка и качество готовой поверхности. Эти данные могут быть использованы для поддержки разработки рецептур, оптимизации процессов и устранения неполадок в производстве порошковых покрытий.

Дальнейшее чтение: