Kejayaan atau kegagalan pengubahsuaian bahan nano, tujuh bahagian bergantung pada serakan. Tidak kira betapa baiknya serbuk nano, jika terus dituang ke dalam air atau resin, ia sering akan bergumpal semula menjadi ketulan mikron atau lebih besar dalam masa beberapa minit hingga beberapa jam. Sebaik sahaja bergumpal, kesan berskala nano secara asasnya hilang—fungsi seperti pengukuhan, anti-bakteria, pembersihan sendiri, perisai UV, dan cat anti-kakisan penghalang tidak dapat direalisasikan, sebaliknya akan membawa kecacatan filem cat: rasa berbutir, kulit oren, kehilangan kilau, lekatan buruk, mendakan keras semasa penyimpanan. Sebaliknya, pes nano yang stabil dan serakan tunggal (monodispers) membolehkan fungsi di atas benar-benar berfungsi dalam salutan. Dari perspektif industri, serakan juga merupakan titik pembahagian sama ada cat nano "boleh dikilangkan secara besar-besaran": serakan seragam yang dihasilkan di makmal menggunakan probe ultrasonik, jika diletakkan ke dalam reaktor berskala tan, masalah pengilangan dan kestabilan tidak diselesaikan, produk yang konsisten langsung tidak dapat dihasilkan. Jadi serakan bukan sahaja isu sains, tetapi juga isu kejuruteraan. Artikel ini menyambung daripada "pengukuran" yang dibincangkan dalam kaedah pencirian bahan nano, dan khusus membincangkan "kawalan"—cara menggunakan kaedah pengubahsuaian mekanikal fizikal dan kimia untuk menyebarkan zarah nano secara stabil dalam medium, dan menggunakan kriteria yang boleh diukur untuk menentukan sama ada ia stabil atau tidak.
Kexin Materials (kexinMaterials) apabila membekalkan produk pes seperti nano SiO₂, TiO₂, Ag dan ZnO, hasil utama yang diserahkan bukanlah serbuk mentah, tetapi "dispersi yang stabil, boleh disembur, dan boleh dicampur semula". Memahami mekanisme di sebalik serakan dapat membantu pelanggan mencairkan, mencampur, dan mengaplikasi dengan betul, mengelakkan penggumpalan semula dan pemekaran semula di tapak. Inilah sebabnya kami mengawal kualiti serakan sebagai petunjuk pertama sebelum keluar kilang.
Satu, Mengapa zarah nano bergumpal
Akar penggumpalan ialah pemanduan tenaga permukaan. Menurut "kesan permukaan" yang dinyatakan dalam gambaran keseluruhan dan pengkelasan bahan nano, semakin kecil saiz zarah nano, semakin tinggi nisbah atom permukaan kepada jumlah atom, dan semakin besar tenaga permukaan. Dari segi termodinamik, sistem sentiasa cenderung mengurangkan tenaga permukaan, maka zarah saling mendekat dan bergabung untuk mengurangkan permukaan tenaga tinggi yang terdedah. Inilah punca asas serbuk nano "secara semula jadi suka berkelompok". Mekanisme khusus boleh difahami dalam dua lapisan.
Yang pertama ialah penggumpalan lembut (Agglomeration). Zarah digabungkan terutamanya melalui daya van der Waals, daya tarikan elektrostatik, dan daya kapilari dalam medium. Ikatan ini agak lemah dan boleh balik—menggunakan daya ricih mekanikal yang mencukupi (serakan berkelajuan tinggi, pengisaran pasir, pengisaran bebola) boleh memisahkannya semula. Kebanyakan serbuk kering pada mulanya membentuk penggumpalan lembut ini dalam fasa cecair.
Yang kedua ialah penggumpalan keras (Aggregation). Zarah digabungkan melalui ikatan kimia atau tindakan fizikal kuat, seperti ikatan jambatan oksigen Si–O–Si pada permukaan SiO₂, rangkaian ikatan hidrogen, jambatan tersolvat, serta titik sinaran kimia pada permukaan sesetengah oksida logam. Penggumpalan keras sangat kukuh, pengaduk dan mesin serakan biasa sukar membukanya, selalunya perlu melakukan pengubahsuaian permukaan terlebih dahulu untuk pencegahan, atau memproses di bawah keadaan proses yang lebih kuat. Jika tidak dikawal pada peringkat formulasi, penggumpalan keras akan terus menjadi kecacatan butiran dalam filem cat.
Selain penggumpalan, sistem fasa cecair juga wujud masalah pendakan (Sedimentation). Menurut hukum Stokes, kelajuan pendakan zarah dalam medan graviti adalah berkadar terus dengan kuasa dua saiz zarah, perbezaan ketumpatan, dan berkadar songsang dengan kelikatan medium. Iaitu, semakin besar saiz zarah, semakin besar perbezaan ketumpatan zarah dengan medium, semakin rendah kelikatan sistem, pendakan semakin cepat. Tiga matlamat utama kerja serakan boleh dirumuskan dalam tiga ayat: memecahkan penggumpalan sedia ada, menghalang penggumpalan semula, melambatkan kelajuan pendakan.
Dua, Tiga tiang fizikokimia kestabilan
Untuk menjadikan pes nano stabil jangka panjang, bergantung pada tiga mekanisme bertindan. Hampir semua formulasi dan proses cat nano berasaskan air atau berasaskan pelarut direka berpusat pada tiga tiang ini.
2.1 Kestabilan elektrostatik (Electrostatic Stabilization)
Prinsip kestabilan elektrostatik ialah: dengan melaraskan pH sistem atau memperkenalkan kumpulan bercas, membuat zarah permukaan membawa cas sejenis, membentuk lapisan elektrik berkembar; apabila dua zarah bercas saling mendekat, pertindihan lapisan elektrik berkembar menghasilkan daya tolakan, menolak mereka menjauh. Rangka kerja kuantitatif teori ini ialah teori klasik DLVO—ia menggabungkan daya tarikan van der Waals dan daya tolakan lapisan elektrik berkembar mengikut perubahan jarak untuk mendapatkan lengkung tenaga keupayaan keseluruhan. Apabila halangan tolakan cukup tinggi, zarah tidak dapat melintasi halangan untuk mendekat, sistem stabil; apabila halangan dimampatkan dan hilang oleh garam, zarah jatuh ke dalam perangkap tarikan dan serta-merta bergumpal. Petunjuk untuk mengukur daya tolakan ini ialah potensi Zeta. Pengalaman umum ialah, apabila |ζ| lebih besar daripada 30 mV (keadaan ideal lebih daripada 40 mV), tolakan elektrostatik cukup untuk menentang tarikan van der Waals, sistem agak stabil. Dalam sistem berasaskan air, kestabilan elektrostatik paling banyak digunakan, contohnya nano TiO₂ apabila dilaraskan ke alkali dalam air membawa cas negatif, nano Al₂O₃ juga boleh dibuat bercas melalui pelarasan pH. Potensi ζ pada asasnya mencerminkan keupayaan pada satah ricih (satah gelincir), ia berkait rapat dengan cas permukaan, kekuatan ion, dan pH, jadi semasa pengukuran keadaan ini mesti ditetapkan untuk perbandingan.
Tetapi kestabilan elektrostatik mempunyai batasan jelas: ia sangat sensitif terhadap kekuatan ion. Sebaik sahaja kepekatan garam dalam sistem tinggi, atau elektrolit kuat bercampur masuk, lapisan elektrik berkembar akan dimampatkan, daya tolakan cepat merosot, zarah mendekat dan bergumpal semula. Kegagalan ini selalunya datang dengan cepat, dari pes biru jernih menjadi mendakan putih mungkin hanya perlu menambah sedikit elektrolit. Jadi pes nano berasaskan air mesti elakkan persekitaran garam tinggi, dan beri perhatian kepada keserasian elektrolit semasa pencampuran, terutamanya sebelum dicampur dengan pes berpigmen atau pes pengisi yang mengandungi elektrolit, adalah lebih baik melakukan ujian keserasian sampel kecil dahulu.
2.2 Kestabilan rintangan ruang (Steric Stabilization)
Prinsip rintangan ruang ialah: menyerap lapisan agen serak polimer (seperti polikarboksilat, agen serak poliuretana, kopolimer bertanduk) pada permukaan zarah, membentuk lapisan rantai polimer yang tersolvat. Apabila dua zarah mendekat, lapisan polimer ini dimampatkan, menghasilkan tolakan entropi dan tolakan tekanan osmotik, sekali gus menghalang penggumpalan. Rintangan ruang lebih kukuh untuk sistem pepejal tinggi, garam tinggi, dan pelarut organik, oleh itu merupakan kaedah kestabilan paling utama dalam cat moden.
Penggunaan rintangan ruang mempunyai beberapa perkara utama: pertama, agen serak mesti "bercantum" pada permukaan zarah, jika tidak lapisan serapan akan terlepas; kedua, rantai tersolvat mesti serasi dengan medium, dalam air mesti hidrofilik, dalam pelarut mesti lipofilik; ketiga, berat molekul agen serak mesti sesuai, terlalu pendek rintangan tidak cukup, terlalu panjang mudah terbelit menyebabkan penebalan.
2.3 Sinergi elektro-ruang (Electrosteric Stabilization)
Menggabungkan tolakan elektrostatik dan rintangan ruang, diperoleh kestabilan electrosteric: bukan sahaja membuat zarah bercas, tetapi juga mempunyai lapisan serapan polimer pada permukaan. Agen serak jenis ini biasanya polimer bergroup ion (seperti agen serak poliuretana anionik), menggabungkan kebaikan kedua-dua mekanisme, paling stabil. Kebanyakan pes nano berasaskan air mewah moden menggunakan pendekatan ini, kerana ia mempunyai toleransi lebih baik terhadap peralihan pH dan kekuatan ion.
Tiga, Logik pemilihan agen serak dan pengubahsuaian permukaan
Jika agen serak dipilih salah, tidak kira betapa banyak pengilangan dilakukan kemudian, tidak dapat diselamatkan. Memilih agen serak mesti pertimbangkan dari tiga dimensi: medium, kekutuban zarah, dan prestasi sasaran.
Pilih mengikut medium. Sistem berasaskan air biasa menggunakan garam ammonium atau natrium polikarboksilat, kopolimer bertanduk akrilik, agen serak poliuretana; sistem berasaskan pelarut pula perlu menggunakan amina asid lemak, fosfat, poliester berat molekul tinggi atau agen serak jenis poliuretana. Medium menentukan sifat kimia kumpulan cantuman dan rantai tersolvat agen serak.
Pilih mengikut zarah. Zarah hidrofilik (SiO₂, TiO₂, Al₂O₃ yang tidak diubahsuai) sesuai dengan agen serak anionik atau bukan ion; zarah diubahsuai hidrofobik (rujuk pengubahsuaian hidrofobik nano SiO₂) pula perlu menggunakan kumpulan cantuman berkutuban rendah yang serasi dengannya. Jika permukaan zarah telah diubahsuai dengan cantuman agen ganding, tetingkap pemilihan agen serak akan lebih luas.
Pengubahsuaian permukaan lebih baik daripada menambah agen serak kemudian. Pada peringkat serbuk melakukan cantuman silana, titanat, atau polimer, dari akar mengubah tenaga permukaan zarah, lebih asas meningkatkan keserasian dan kestabilan berbanding menambah agen serak dengan banyak ke dalam sistem kemudian. Banyak masalah penggumpalan keras, bergantung pada agen serak tidak dapat dibuka, hanya boleh dicegah melalui pengubahsuaian permukaan.
Tetingkap dos sangat kritikal. Agen serak terlalu sedikit tidak stabil, terlalu banyak pula menyebabkan penurunan rintangan air, berbuih, kepekaan air, malah gel. Dos optimum perlu ditentukan dengan menggabungkan pengukuran jumlah serapan dan pengoptimuman kelikatan, biasanya wujud satu lengkung optimum yang jelas, sama sekali bukan "semakin banyak semakin stabil". Dalam amalan boleh menggunakan "kaedah titrasi" untuk mencari titik perubahan: secara beransur menambah agen serak, ukur saiz zarah dan kelikatan, sehingga saiz zarah tidak lagi menurun dan kelikatan mula naik secara tidak normal, sekitar titik perubahan itu ialah julat dos munasabah, kemudian laraskan halus berdasarkan prestasi filem cat akhir.
Empat, Rantaian proses dari serbuk bergumpal kepada pes stabil
Rantaian proses pes nano industri tipikal adalah lebih kurang seperti berikut, setiap langkah sepadan dengan satu matlamat fizikokimia.
Langkah pertama, pra-campur dan lembap. Campur serbuk nano, medium, dan agen serak pada kelajuan rendah menjadi pes, kuncinya ialah memastikan setiap butir serbuk dilembapkan oleh medium, elakkan pembentukan "gumpalan kering". Serbuk kering sekali dibalut sedikit cecair menjadi gumpalan, kemudian sukar dibuka semula.
Langkah kedua, serakan berkelajuan tinggi. Gunakan mesin serak cakera bergerigi pada kelajuan linear tinggi untuk memotong gumpalan, menurunkan kelikatan, menyelesaikan nyah-penggumpalan awal. Langkah ini terutamanya bergantung pada tenaga mekanikal untuk memusnahkan penggumpalan lembut, dan menyediakan pes seragam untuk pengilangan seterusnya.
Langkah ketiga, pengilangan (pengisaran pasir atau bebola). Gunakan manik zirkonia 0.1 hingga 0.8 milimeter, mengisar aglomerat ke taburan saiz sasaran (contohnya D50 kurang daripada 100 nanometer, atau tahap sub-mikron, bergantung pada jenis zarah). Masa pengilangan, diameter manik, kelajuan putaran bersama menentukan kehalusan akhir.
Langkah keempat, laras kelikatan dan tambah cat. Masukkan resin, aditif, laraskan pepejal dan kelikatan ke julat sasaran, dan buang buih. Langkah ini menentukan sama ada pes boleh digunakan terus, dan sama ada senang diaplikasi.
Langkah kelima, pengesahan kestabilan. Gunakan serakan cahaya dinamik (DLS) untuk melihat saiz zarah, alat potensi Zeta untuk melihat keadaan cas, menggunakan pemutaran dan penyimpanan suhu bilik untuk memerhati pendakan. Hanya selepas pengesahan lulus, barulah dikira sebagai satu kelompok pes yang layak.
Terdapat beberapa perangkap berulang dalam proses: suhu pengilangan terlalu tinggi akan merosakkan agen serak dan resin, mesti kawal suhu atau dengan penyejukan; diameter manik terlalu kecil mudah tersumbat, terlalu besar kurang cekap; pepejal terlalu tinggi sukar digiling dan mudah bergumpal, perlu seimbang. Dari pengalaman, membuat "bahan induk" kepekatan tinggi dahulu kemudian cairkan, lebih terkawal berbanding membuat kepekatan akhir sekali gus.
Lima, Kriteria kestabilan: bagaimana tahu ia stabil atau tidak
Menentukan kestabilan tidak boleh hanya bergantung pada "nampak tak mendak", mesti ada kriteria kuantitatif, kriteria ini banyak bergantung pada instrumen yang diperkenalkan dalam kaedah pencirian bahan nano.
Potensi Zeta. Nilai mutlak lebih besar atau sama dengan 30 mV (ideal lebih tinggi) dianggap agak stabil; kurang daripada 20 mV mudah bergumpal. Perhatian Zeta hanya mencerminkan tolakan cas, tidak mewakili rintangan ruang juga cukup.
Saiz zarah DLS dan PDI. PDI (indeks kepelbagaian) kurang daripada 0.2 menunjukkan agak monodispers; lebih penting saiz zarah mesti asasnya tidak membesar mengikut masa. Jika dibiarkan seminggu D50 membesar ketara, menunjukkan sistem sedang bergumpal semula secara perlahan.
Pendakan dan penyimpanan. Gunakan ujian pecutan pemutaran digabung dengan pemerhatian penyimpanan suhu bilik, lihat ada lapisan, mendakan keras, ketulan. Mendakan lembut boleh digoncang ringan untuk serak semula, mendakan keras tidak boleh balik.
Perubahan kelikatan mengikut masa. Kelikatan pes stabil asasnya tidak berubah mengikut masa; jika beransur menebal malah menjadi gel, selalunya isyarat penggumpalan semula atau kegagalan agen serak.
Kebolehserakan semula. Selepas dibiarkan, goncang ringan boleh atau tidak pulih seragam, adalah petunjuk penting mengukur kebolehgunaan. Pes yang boleh mendak lembut dan serak semula, kebolehgunaan di tapak jauh lebih tinggi berbanding sistem mendak keras yang terus mendak ke bawah.
Apabila membuat penilaian kestabilan di hujung kilang, selalu guna kaedah pecutan untuk mampatkan masa: contohnya letak sampel dalam ketuhar 50 ℃ panas simpan dua minggu, simulasi perubahan suhu bilik separuh tahun hingga setahun; atau guna penutarnya meja pada beberapa ribu rpm putar lima belas minit, setara pendakan jangka panjang. Kaedah ini boleh mendedahkan kecacatan formulasi dengan cepat, tetapi tidak boleh sepenuhnya menggantikan data penyimpanan jangka panjang suhu bilik sebenar, kerana suhu, sejarah ricih akan mengubah dinamik penggumpalan. Jadi sebelum pelepasan rasmi, masih perlu simpan satu kelompok sampel suhu bilik untuk pemerhatian jangka panjang, biasanya sekurang-kurangnya tiga bulan hingga separuh tahun, barulah boleh memberi penghakiman berasas terhadap jangka hayat rak.
Enam, Kesukaran pes nano pepejal tinggi dan strategi bahan induk
Trend keseluruhan industri cat adalah ke arah pepejal tinggi, bertujuan mengurangkan VOC, perkara ini dihadkan jelas dalam GB 30981-2020. Tetapi serbuk nano正好是 "musuh pepejal tinggi": luas permukaannya terlalu besar, nilai serapan minyak tinggi, di bawah pepejal tinggi cecair bebas sangat sedikit, zarah lebih mudah berlanggar dan bergumpal; kelikatan akan cepat melonjak, menyebabkan pengilangan dan aplikasi sukar.
Penyelesaian kejuruteraan biasa ialah membuat bahan induk nano (masterbatch): serbuk nano pada kepekatan tinggi 20% hingga 40% diserakkan stabil dahulu, pelanggan guna masa dicampur ke dalam cat asas mengikut nisbah disyorkan. Ini bukan sahaja memastikan "serakan stabil" yang paling sukar diselesaikan di hujung kilang, kualiti terkawal, malah memudahkan penggunaan hiliran. Bahan induk ada kebaikan kedua: ia mematikan sistem agen serak dan parameter proses di hujung kilang, pelanggan tidak perlu kuasai peralatan dan proses pengilangan kompleks sendiri, hanya perlu buat pencairan dan pencampuran agak mudah, ambang kemasukan menurun ketara. Bagi kilang cat atau pengguna akhir tanpa kapasiti pengisar pasir, bahan induk hampir satu-satunya laluan boleh dilaksana menggunakan bahan nano. Kexin Materials (kexinMaterials) bahan induk nano diserahkan mengikut logik ini, bertujuan mengurangkan kadar kegagalan penyebaran dari awal sendiri oleh pelanggan hiliran, membiarkan fungsi nano masuk ke salutan akhir secara stabil.
Di bawah pepejal tinggi juga perlu digabung dengan resin kelikatan rendah, agen serak cekap, kadang-kadang甚至 perlu guna pelarut buat bahan induk dahulu, kemudian laraskan pada peringkat campur masuk. Antara pepejal, kelikatan, kestabilan wujud tolak-ansur, perlu uji berulang cari tetingkap proses. Perlu diingat, bahan induk pepejal tinggi sekali bergumpal semula, lebih sukar diselamatkan berbanding sistem pepejal rendah, kerana cecair bebas sedikit, medium untuk melembapkan semula tidak cukup, jadi pepejal tinggi sebaliknya menuntut kualiti serakan awal lebih tinggi.
Tujuh, Kecacatan serakan biasa dan langkah balas
Dalam pengeluaran sebenar dan pencampuran, kecacatan paling kerap dihadapi adalah beberapa jenis berikut, idea sepadan juga jelas.
Pemekaran semula atau pembesaran saiz zarah. Punca ialah agen serak tidak cukup atau gagal, pengilangan tidak mencukupi. Langkah balas ialah tambah agen serak, lanjutkan masa pengilangan, kurangkan pepejal secara sederhana.
Terapung warna dan berbunga. Kadar penghijrahan zarah dan pigmen tidak seragam, menyebabkan taburan warna tidak sekata. Langkah balas ialah laraskan sistem agen serak dan penebalan, buat kadar penghijrahan setiap komponen sepadan.
Penebalan gel. Pepejal tinggi bertindan agen serak berlebihan, atau anjakan pH, menyebabkan sistem bergel. Langkah balas ialah optimakan dos agen serak, laraskan pH ke julat sesuai.
Mendakan keras. Penggumpalan kuat tidak dibuka. Langkah balas ialah perkukuh pengilangan, atau buat pengubahsuaian permukaan pencegahan pada peringkat serbuk.
Berbuih. Agen serak sendiri bersifat surfaktan, mudah bawa masuk buih. Langkah balas ialah tambah agen anti-buih, kawal kelajuan kacau.
Kexin Materials (kexinMaterials) dalam produk bahan induk telah mematikan sistem agen serak dan tetingkap pH, pelanggan cairkan dan campur asalkan ikut nisbah disyorkan, boleh elak kebanyakan perangkap "serak dari awal sendiri". Ini adalah idea memindahkan risiko teknikal ke hadapan, diserahkan ke hujung kilang untuk selesaikan.
Lapan, Jadual perbandingan strategi serakan
Mekanisme kestabilan berbeza masing-masing ada sempadan guna, pemilihan mesti gabungkan medium, pepejal, prestasi sasaran. Jadual bawah beri perbandingan melintang strategi biasa.
| Mekanisme kestabilan | Medium sesuai | Kriteria utama | Kebaikan utama | Risiko utama |
|---|---|---|---|---|
| Kestabilan elektrostatik | Berasaskan air, kekuatan ion rendah | Nilai mutlak Zeta lebih 30 mV | Ringkas, tidak tinggalkan filem polimer pada permukaan | Takut garam, anjakan pH mudah gagal |
| Rintangan ruang | Berasaskan air dan pelarut boleh | Ketebalan lapisan serapan agen serak | Tahan garam, lebih stabil di pepejal tinggi | Salah pilih agen serak turun sifat |
| Sinergi elektro-ruang | Sistem berasaskan air utama | Zeta tambah dua petunjuk lapisan serapan | Paling stabil, toleransi tertinggi | Formulasi agak kompleks |
| Cantuman pengubahsuaian permukaan | Bergantung jenis ubahsuai | Sudut sentuh, pencirian FTIR | Asas baik keserasian dan stabil | Kos tinggi, kitaran proses panjang |
| Kaedah bahan induk | Berasaskan air dan pelarut | Saiz zarah stabil pada kepekatan tinggi | Risiko dipindah ke hadapan, guna mudah | Perlu uji keserasian dengan sistem pelanggan |
Sembilan, Salah faham biasa
Salah faham satu: kacau sikit dah serak. Salah. Penggumpalan nano perlukan ricih tinggi, pengilangan, agen serak tiga sinergi, kacau sahaja hanya boleh lembap permukaan, tak buka penggumpalan keras.
Salah faham dua: agen serak lebih banyak lebih stabil. Salah. Berlebihan menyebabkan kelikatan luar biasa, rintangan air turun, berbuih, wujud tetingkap dos optimum jelas.
Salah faham tiga: Zeta tinggi mesti tak mendak. Belum tentu. Sistem pepejal sangat tinggi atau perbezaan ketumpatan besar, walaupun cas stabil akan mendak perlahan, masih perlu rintangan ruang dan penebalan bantu.
Salah faham empat: bahan induk nano boleh terus jadi cat siap. Salah. Bahan induk ialah dispersi kepekatan tinggi, mesti campur ke cat asas ikut nisbah, dan uji semula prestasi akhir.
Salah faham lima: serak elok terus kekal stabil. Salah. Suhu, pH, elektrolit, resin campuran mungkin rosakkan kestabilan, mesti buat penyimpanan dan ujian keserasian.
Sepuluh, Bagaimana kualiti serakan menentukan prestasi salutan hiliran
Ramai pelanggan hanya mengambil berat sama ada "nano ditambah atau tidak", tetapi mengabaikan "sama ada serakan dilakukan dengan baik", ini merupakan bias kognitif yang paling lazim dalam projek salutan nano. Sebenarnya, kualiti serakan secara langsung menentukan sama ada fungsi nano benar-benar dapat berfungsi, berikut adalah beberapa contoh tipikal.
Dalam senario pengukuhan dan pengerasan, nano SiO₂, Al₂O₃ jika wujud sebagai zarah tunggal atau aglomerat yang sangat kecil, retakan akan mengalami pesongan, jambatan, dan pendakian apabila memanjang, lalu menyerap tenaga; namun sekali ia bergumpal menjadi ketulan keras beberapa mikron, ketulan ini sendiri menjadi titik kepekatan tegasan, sebaliknya menjadikan filem cat lebih rapuh dan lebih mudah meretak. Ini bermakna, dengan jumlah tambahan yang sama, serakan baik adalah pengukuhan, serakan buruk adalah pengurangan kekuatan.
Dalam senario antibakteria dan antikulat, aktiviti antibakteria nano Ag, ZnO sangat bergantung pada luas permukaan tentu dan tapak boleh disentuh. Luas pendedahan gumpalan besar selepas aglomerasi menurun mendadak, kepekatan antibakteria berkesan per unit jisim jatuh dengan ketara, sama ada perlu tambah lebih banyak untuk mencapai kesan, atau terus gagal. Inilah sebabnya Zeta dan PDI pes nan antibakteria adalah item pemeriksaan wajib semasa keluar kilang.
Dalam senario perisai UV dan pembersihan sendiri, kecekapan perisai nano TiO₂, ZnO berkaitan dengan keratan rentas serakan zarah tunggal, aglomerasi akan menyebabkan saiz zarah berkesan membesar, puncak serakan beralih, lebar jalur perisai menurun. Superhidrofobik pembersihan sendiri pula bergantung pada struktur kasar mikro-nano, jika nano SiO₂ tidak diserakkan, struktur kasar tidak seragam, sudut sentuhan tidak dapat naik, pembersihan sendiri bergolek tidak dapat dibincangkan langsung.
Dalam senario perisai anti-kakisan, kepingan nano (montmorillonit, grafen, serpihan kaca nano) mesti dileraikan dan diserakkan menjadi kepingan tunggal untuk memanjangkan laluan media kakisan; jika wujud sebagai gumpalan berlapis, kesan labirin berkurangan dengan banyak. Kandungan berkaitan boleh dirujuk dalam pengisi nano komposit anti-kakisan mengenai mekanisme perisai yang diterangkan. Jelaslah, serakan bukan proses terasing, tetapi keupayaan asas yang merangkumi semua cat fungsi nano.
Sebelas, Pengurusan Keserasian dalam Pencampuran Semula dan Penyimpanan
Walaupun pihak kilang menghasilkan induk yang stabil, pelanggan masih mungkin menyebabkannya tidak stabil semula ketika pencairan dan pencampuran semula. Terdapat tiga jenis punca biasa. Jenis pertama adalah konflik elektrolit: mencampurkan pes yang distabilkan terutamanya oleh elektrostatik dengan pes berpigmen garam tinggi, lapisan elektrik berganda runtuh. Jenis kedua adalah ketidakserasian resin: rantai solvatisasi agen serak induk tidak sepadan dengan sistem resin cat asas pelanggan, lapisan penyerapan runtuh. Jenis ketiga adalah hanyutan pH: dua komponen mempunyai pH berbeza, selepas campuran menyebabkan zarah berkumpul berhampiran titik isoelektrik.
Cara mengelak sangat langsung: lakukan ujian keserasian sampel kecil sebelum campur semula, perhatikan selama 24 jam sama ada terdapat penebalan, flokulasi, pemisahan lapisan; gunakan pelarut disyorkan untuk pencairan, jangan tukar sesuka hati kepada pelarut dengan perbezaan kepolaran besar; laraskan pH ke julat disyorkan induk; semasa campur semula pukal besar, buat sampel dahulu kemudian besarkan. Perkara ini nampak remeh, tetapi merupakan tindakan kritikal sama ada projek cat nano dapat dilaksanakan.
Soalan Lazim
Soalan Lazim
Soalan: Apakah bezanya antara aglomerasi lembut dan aglomerasi keras zarah nano, dan apakah kesannya pada proses?
Jawapan: Aglomerasi lembut mainly bergabung melalui daya van der Waals dan daya elektrostatik, lemah dan boleh balik, boleh dibuka dengan pemotongan mekanikal dan pengisaran; aglomerasi keras bergabung kuat melalui jambatan kimia (Si–O–Si, rangkaian ikatan hidrogen), sukar dibuka, selalunya perlu lakukan pengubahsuaian permukaan dahulu untuk pencegahan. Kedua-duanya menentukan kekuatan proses serakan diperlukan, jika aglomerasi keras banyak maka perlu guna pengisaran atau kaedah pengubahsuaian lebih kuat.
Soalan: Apakah mekanisme yang menyokong serakan stabil?
Jawapan: Tiga tiang utama ialah kestabilan elektrostatik (laraskan pH supaya zarah membawa cas sejenis, potensi Zeta tinggi), halangan ruang (lapisan penyerapan agen serak polimer tinggi), serta kestabilan elektrostatik-ruang gabungan keduanya. Dalam cat kebanyakannya guna dua yang kemudian, terutamanya dalam sistem pepejal tinggi atau berasaskan pelarut, halangan ruang lebih dipercayai daripada elektrostatik tulen.
Soalan: Potensi Zeta berapa dianggap stabil?
Jawapan: Secara umum nilai mutlak lebih besar atau sama dengan 30 mV (ideal lebih dari 40 mV) sistem agak stabil, kurang dari 20 mV mudah bergumpal. Tetapi perlu ambil perhatian, sistem pepejal tinggi atau ketumpatan tinggi walaupun Zeta tinggi mungkin mendap perlahan, perlu gabung dengan halangan ruang dan pemekat untuk kawalan bersama.
Soalan: Mengapa pes nano berasaskan air perlu elak garam?
Jawapan: Kekuatan ion tinggi akan memampatkan lapisan elektrik berganda, menyebabkan penolakan elektrostatik gagal, zarah menghampiri dan bergumpal semula. Jadi sistem serakan nano berasaskan air perlu elak garam tinggi dan elektrolit kuat; jika tidak dapat elak, tukar kepada agen serak berhalangan ruang dominan.
Soalan: Apakah parameter kritikal proses pengisaran pasir?
Jawapan: Terutamanya diameter manik (0.1 hingga 0.8 milimeter), masa pengisaran, suhu, kandungan pepejal dan kelajuan linear. Manik terlalu kecil mudah tersumbat, terlalu besar kurang cekap; suhu terlalu tinggi akan rosakkan agen serak dan resin, perlu kawal suhu. Sasaran adalah bawa D50 ke julat ditetapkan dan PDI cukup rendah.
Soalan: Apakah induk nano, dan mengapa menggunakannya?
Jawapan: Induk nano ialah produk pertengahan di mana serbuk nano distabilkan dan diserakkan pada kepekatan 20% hingga 40%, pelanggan tuang ke dalam cat asas mengikut keperluan. Ia letakkan "serakan stabil" yang paling sukar di pihak kilang, mengurangkan kadar kegagalan serakan tapak hilir dengan ketara. Pembekal menyerahkan pes nano mengikut logik ini.
Soalan: Bagaimana memilih agen serak sebenarnya?
Jawapan: Pilih kumpulan jangkar mengikut medium (air atau pelarut) dan kepolaran zarah: zarah hidrofilik guna agen serak anionik atau bukan ionik, zarah diubahsuai hidrofobik guna kumpulan jangkar kepolaran rendah; dos perlu dioptimumkan melalui jumlah penyerapan dan kelikatan, terlalu banyak sebaliknya merosakkan prestasi.
Soalan: Bagaimana menentukan sama ada pes benar-benar stabil?
Jawapan: Guna Zeta (nilai mutlak lebih dari 30 mV) tambah DLS (PDI kurang dari 0.2, saiz zarah tidak membesar) tambah penyimpanan atau sentrifug tidak mendap, tambah kelikatan stabil, boleh diserak semula dengan goncang ringan, penilaian menyeluruh. Kriteria dan instrumen khusus lihat kaedah pencirian bahan nano.
Soalan: Mengapa pes nano pepejal tinggi lebih sukar diserakkan?
Jawapan: Serbuk nano mempunyai nilai serapan minyak tinggi, di bawah pepejal tinggi fasa cecair bebas sedikit, zarah mudah berlanggar dan bercantum, kelikatan melonjak, pengisaran sukar. Penyelesaiannya ialah resin kelikatan rendah tambah agen serak cekap, atau buat induk kepekatan tinggi dahulu kemudian cairkan, untuk seimbangkan pengurangan VOC dan kestabilan.
Soalan: Apakah sokongan data yang boleh diberikan semasa penyerahan induk nano ini?
Jawapan: Kexin Materials Baharu (kexinMaterials) menyerahkan pes nano atau induk yang stabil dan boleh disembur, keluar kilang disertakan data saiz zarah DLS dan potensi Zeta, serta memberikan nisbah pencairan campur semula disyorkan, membantu pelanggan elak risiko aglomerasi semula di tapak.
Bacaan Lanjutan
- Kaedah pencirian bahan nano: Kuantifikasi "kawalan" serakan bergantung pada "ukuran", guna TEM, DLS, Zeta, BET untuk sahkan skala dan keadaan stabil.
- Pengubahsuaian hidrofobik nano SiO₂: Pengubahsuaian permukaan adalah cara stabil lebih asas berbanding tambah agen serak kemudian, menerangkan bagaimana penyesuaian hidrofobik memperbaiki keserasian.
- Gambaran keseluruhan dan pengelasan bahan nano: Kaji semula mengapa kesan permukaan memacu aglomerasi, faham dari asas keperluan serakan.
- Pembersihan sendiri fotokatalitik nano TiO₂: mekanisme, bentuk hablur dan kejuruteraan cat
- Pengubahsuaian nano komposit kayu-plastik: kejuruteraan antara muka, peningkatan prestasi dan ketahanan cuaca
- Pembinaan cat industri: parameter semburan tanpa udara, kawalan ketebalan filem dan selang pengcatan