이산화 티타늄 (TIO)은 높은 굴절률, 강한 숨겨진 전력 및 우수한 백색과 같은 우수한 광학 특성을 가진 널리 사용되는 흰색 안료입니다. 코팅, 플라스틱, 종이, 잉크 및 화장품을 포함한 다양한 산업에서 광범위한 응용 분야를 찾습니다. 그러나 Tio와 관련된 주요 과제 중 하나는 분산 성이 나쁘다는 것입니다. 분산 성이 좋지 않으면 응집과 같은 문제가 발생하여 최종 제품의 성능과 품질에 영향을 미칩니다. 이 포괄적 인 연구에서, 우리는 이산화 티타늄의 분산 가능성에 영향을 미치는 요인들을 깊이 파고 들고 그것을 개선하기위한 다양한 전략을 탐색 할 것입니다.
이산화 티타늄의 분산 가능성은 안료 자체에 대한 고유 및 외적 인 여러 인자에 의해 영향을받습니다.
tio shape 입자의 크기와 모양은 분산 성을 결정하는 데 중요한 역할을합니다. 일반적으로, 더 작은 입자 크기는 더 큰 표면적 대 부피 비율을 가지기 때문에 더 나은 분산 성을 갖는 경향이있다. 예를 들어, 이산화 티타늄의 나노 입자 (일반적으로 1-100 nm 범위)는 더 큰 미크론 크기의 입자에 비해 개선 된 분산 성을 제공 할 수 있습니다. 그러나, 매우 작은 나노 입자는 또한 높은 표면 에너지로 인해 응집되는 경향이있을 수있다. 형태의 관점에서, 구형 입자는 종종 불규칙한 형성 입자와 비교하여 더 나은 흐름 및 분산 성 특성을 갖는 것으로 간주된다. 연구 데이터에 따르면 약 20 nm의 직경을 갖는 구형 티오 나노 입자는 동적 광도 기술에 의해 측정 된 바와 같이 대략 30%만큼 응집 수준의 불규칙한 형태의 입자와 비교하여 수성 코팅 시스템에서 상당히 우수한 분산 성을 나타냈다.
이산화 티타늄의 표면 화학은 또 다른 중요한 요소입니다. Tio₂ 입자의 표면은 히드 록실기 (-OH)와 같은 다양한 기능 그룹을 가질 수있다. 이 표면 그룹은 주변 배지 및 기타 입자와 상호 작용할 수 있습니다. 많은 수의 하이드 록실 그룹으로 인해 표면이 매우 친수성이라면, 수성 시스템에서 잘 분산 될 수 있지만 비 식 용매에서 도전에 직면 할 수 있습니다. 반면에, 표면이 너무 소수성 인 경우 수성 제형에서 제대로 분산되지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 주로 친수성 표면을 갖는 처리되지 않은 이산화 티타늄 이산화 티타늄은 물에서 초기의 초기 분산 성이 우수하지만 소량의 유기 용매를 첨가하면 빠르게 응집되었다. 표면 이식 또는 코팅과 같은 기술을 통해 표면 화학을 변형하면 분산 성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 연구에 따르면 소수성 중합체를 티오 나노 입자의 표면에 접목함으로써, 유기 용매 기반 잉크 시스템에서의 분산 성이 향상되었으며, 현미경 하에서 관찰 된 대형 응집체의 형성이 50% 이상 감소했다.
정전기 상호 작용은 또한 tio₂의 분산성에 영향을 미칩니다. 많은 경우에, Tio t 입자는 배지의 pH에 따라 표면 전하를 획득 할 수있다. 등전점 (IEP)으로 알려진 특정 pH 값에서 입자의 순 표면 전하는 0입니다. IEP 주변에서, 입자는 상당한 정전기 반발의 부재로 인해 응집 될 가능성이 더 높다. 예를 들어, 일반적인 유형의 이산화 티타늄 티타늄의 등전점은 pH 6 정도입니다. 분산 배지의 pH가 6에 가까울 때, TIO₂ 입자는 서로 뭉개지는 경향이 있습니다. 그러나, IEP로부터보다 산성 또는 더 많은 알칼리성 영역으로 pH를 멀리 조정함으로써, 입자들 사이에서 정전기 반발이 유도되어, 이들의 분산 성을 향상시킬 수있다. TIO on 기반 페인트 제형에 대한 연구에서, pH 4 (산성 영역)에서 분산의 pH를 유지함으로써, TIO이 입자의 응집이 상당히 감소되어, pH가 IEP에 가까울 때와 비교하여, 향상된 숨겨진 전력으로 더 부드러운 페인트 필름을 초래한다는 것이 밝혀졌다.
이산화 티타늄의 효과적인 사용에 대한 우수한 분산 성의 중요성을 고려할 때, 몇 가지 전략이 개발되고 탐구되었습니다.
표면 변형은 Tio의 분산 성을 향상시키기위한 강력한 접근법입니다. 앞에서 언급했듯이, 표면 화학을 변형하면 입자와 주변 매체의 상호 작용을 변화시킬 수 있습니다. 하나의 일반적인 방법은 표면 그라프 팅이며, 여기서 중합체 또는 다른 기능성 분자는 Tio₂ 입자의 표면에 공유 부착된다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 사슬을 티오 ₂ 나노 입자의 표면에 이식하면 더 친수성을 만들어 수성 시스템에서 분산 성을 향상시킬 수 있습니다. 또 다른 기술은 표면 코팅이며, 여기서 다른 재료의 얇은 층이 Tio₂ 입자의 표면에 증착된다. 플라스틱에 사용되는 이산화 티타늄의 경우, 입자를 실란 커플 링제로 코팅하면 플라스틱 매트릭스와의 호환성을 향상시키고 플라스틱 내에서의 분산 성을 향상시킬 수 있습니다. 연구에 따르면 TIO₂ 입자를 특정 실란 커플 링 제로 코팅함으로써, 생성 된 플라스틱 복합재의 인장 강도는 TIO₂ 입자의 더 나은 분산으로 인해 약 20% 증가하여 복합재의 전체 기계적 특성을 개선시켰다.
분산제는 이산화 티타늄과 같은 미립자 물질의 분산 성을 개선하도록 특별히 설계된 물질입니다. 입자와 주변 배지 사이의 표면 장력을 줄이고 입체 또는 정전기 안정화를 제공함으로써 작동합니다. 음이온 성, 양이온 성 및 비 이온 분산제와 같은 다양한 유형의 분산제가 있습니다. 예를 들어, 음이온 성 분산제는 Tio₂ 입자에 음전 전하를 제공하여 작동하여 정전기 반발로 인해 서로 격퇴합니다. TIO₂을 함유하는 코팅 제형에서, 음이온 성 분산제의 사용은 입자 크기 분석에 의해 측정 된 바와 같이 입자의 응집을 최대 40%까지 감소시킬 수 있었다. 반면에 비 이온 분산제는 주로 입체 방해를 통해 작용합니다. 그들은 tio₂ 입자를 둘러싸고 서로 밀접하게 접촉하는 것을 방지하는 긴 중합체 사슬을 가지고 있습니다. TIO on 기반 잉크 시스템에 대한 연구에서, 비 이온 분산제는 인쇄 공정 동안 TIO₂ 입자의 분산 성을 유지하는 데 매우 효과적인 것으로 밝혀졌으며, 이는보다 일관되고 생생한 인쇄 품질을 초래했습니다.
기계적 분산은 이산화 티타늄의 응집체를 분해하고 분산 성을 향상시키는 또 다른 방법입니다. 여기에는 고속 믹서, 볼 밀 및 초음파 장치와 같은 기계 장치의 사용이 포함됩니다. 고속 믹서는 큰 응집물을 더 작은 입자로 분해 할 수있는 강렬한 전단력을 제공 할 수 있습니다. 예를 들어, TIO태가 포함 된 플라스틱 복합 공정에서, 10 분 동안 3000 rpm의 회전 속도로 고속 믹서를 사용하는 것은 현미경에 의해 측정 된 바와 같이 응집체의 평균 크기를 약 50% 줄일 수 있었다. 볼 밀은 볼과 같은 분쇄 매체와 함께 입자를 분쇄하여 작동합니다. 반면에 초음파 장치는 초음파 파를 사용하여 응집체를 분해 할 수있는 강렬한 지역력을 멸망시키고 생성하는 캐비테이션 버블을 만듭니다. TIO₂을 함유하는 수성 페인트 제형에 대한 연구에서, 20kHz의 빈도에서 5 분 동안 초음파 처리는 TIO₂ 입자의 분산 성을 상당히 개선 할 수 있었고, 가시적 인 aglomerates의 수가 약 60% 감소하여 육안으로 관찰되었습니다.
위에서 논의한 전략의 효과를 더 설명하기 위해 실제 사례 연구를 살펴 보겠습니다.
코팅 제조 회사에서는 사용 된 이산화 티타늄의 분산 성이 좋지 않아 백색 코팅의 품질에 문제가 생겼습니다. Tio₂ 입자는 응집되어 코팅 된 표면에서 거칠고 고르지 않은 마감 처리가되었습니다. 이 문제를 해결하기 위해, 그들은 먼저 Tio₂ 입자의 표면 화학을 분석하여 비교적 친수성임을 발견했습니다. 그들은 표면 변형과 분산제의 조합을 사용하기로 결정했습니다. 이들은 코팅 수지와의 호환성을 향상시키기 위해 실란 커플 링제로 TIO t 입자를 코팅 한 다음 음이온 성 분산제를 추가하여 분산 성을 더욱 향상시켰다. 이러한 변화를 구현 한 후, TIO₂ 입자의 응집이 상당히 감소되었다. 결과 코팅은 숨어있는 전력과 광택이 향상되어 훨씬 부드러운 마감 처리를했습니다. 제품에 대한 고객 만족도도 크게 증가하여 코팅 회사의 시장 점유율이 증가했습니다.
플라스틱 제조업체는 이산화 티타늄을 폴리에틸렌 (PE) 제품에 통합하여 백색을 달성했습니다. 그러나, 그들은 Tio₂ 입자가 플라스틱 매트릭스 내에 골고루 분산되지 않았으며, 이는 최종 생성물의 기계적 특성에 영향을 미쳤다. 이 문제를 해결하기 위해 그들은 기계적 분산과 표면 변형을 선택했습니다. 그들은 먼저 고속 믹서를 사용하여 Tio₂ 입자의 응집체를 분해했습니다. 그런 다음, 이들은 나머지 입자의 표면에 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 사슬을 더 친수성으로 만들고 PE 매트릭스 내에서의 분산 성을 개선시켰다. 결과적으로, 최종 플라스틱 제품의 파손시 인장 강도 및 신장이 개선되었다. 이 제품은 또한 균일 한 흰색 색상을 가지고 있었으며 고객에게 매우 바람직했습니다. 이로 인해 시장에서 플라스틱 제조업체의 경쟁력이 증가했습니다.
잉크 제조 산업에서 회사는 이산화 티타늄 안료의 분산 성이 좋지 않아 흰색 잉크의 인쇄 품질에 어려움을 겪고있었습니다. TIO₂ 입자는 인쇄 과정에서 응집력이 있었으며 인쇄 헤드가 막히고 인쇄 색상이 일관되지 않았습니다. 이 문제를 극복하기 위해, 그들은 초음파 처리와 함께 비 이온 분산제를 사용했습니다. 비 이온 분산제를 잉크 제형에 첨가하여 저장 및 취급 동안 TIO₂ 입자의 분산 성을 유지 하였다. 이어서, 초음파 처리는 인쇄 직전에 적용되어 남은 응집체를 더욱 분해 하였다. 이러한 측정을 구현 한 후 흰색 인크의 인쇄 품질이 크게 향상되었습니다. 프린트 헤드는 채집되지 않은 채로 남아 있었고 색상은 더 일관되고 생생했습니다. 이로 인해 잉크 회사의 고객 만족도가 높아지고 비즈니스가 반복되었습니다.
이산화 티타늄 티타늄을 통합 한 고품질 제품에 대한 수요가 계속 증가함에 따라,이 중요한 안료의 분산 성을 더욱 향상시킬 수있는 연구 개발 영역이 몇 가지 있습니다.
연구원들은 끊임없이 새롭고 고급 표면 변형 기술을 탐구하고 있습니다. 예를 들어, TIO₂ 입자의 표면을 변형시키기 위해 혈장 처리를 사용하는 것은 활발한 연구 영역이다. 혈장 처리는 전통적인 표면 변형 방법에 비해보다 제어되고 정확한 방식으로 입자의 표면에 다양한 기능 그룹을 도입 할 수 있습니다. 이것은 잠재적으로 다른 매체에서 더 나은 분산 성으로 이어질 수 있습니다. 또 다른 새로운 기술은 층별 어셈블리를 사용하여 TIO₂ 입자에 복잡한 표면 구조를 구축하는 것입니다. 재료와 증착 순서를주의 깊게 선택함으로써 주변 매체와 최적의 상호 작용을 갖는 표면을 생성하여 분산 성을 향상시킬 수 있습니다. 예비 연구에 따르면 층별 어셈블리를 사용하여 Tio₂ 나노 입자의 표면을 수정하는 것으로 나타났습니다. 화장품 및 전자 제품과 같은 다양한 산업에서 잠재적 인 응용 프로그램과 함께 수성 및 비 수성 시스템 모두에서 응집이 상당히 감소 할 수 있습니다.
새로운 분산제의 개발은 또 다른 초점 영역입니다. 과학자들은 다른 매체와의 더 나은 호환성, 응집력 감소의 효율성, 장기 안정성과 같은 특성을 향상시키는 분산제를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, 바이오 기반 분산제는 전통적인 화학 분산제의 대안으로 탐색되고 있습니다. 이 바이오 기반 분산제는 식물 또는 미생물과 같은 재생 가능한 공급원에서 파생 될 수 있습니다. 환경 영향이 낮고 생분해 성이 향상되는 것과 같은 장점을 제공 할 수 있습니다. 최근의 연구에서, 식물 추출물로부터 유래 된 바이오 기반 분산제를 TIO₂ 기반 페인트 제형에서 시험 하였다. 결과는 바이오 기반 분산제가 전통적인 화학 분산제와 비슷한 정도로 TIO₂ 입자의 응집을 감소시키는 동시에 장기적으로 환경에 유리할 수있는 더 나은 생분해 성 특성을 보여줄 수 있음을 보여 주었다.
앞으로, 이산화 티타늄의 분산 성을 향상시키는 가장 효과적인 방법은 여러 전략의 통합을 통해 이루어질 가능성이 높습니다. 예를 들어, 표면 변형을 분산제 및 기계적 분산의 사용과 결합하면보다 포괄적 인 솔루션을 제공 할 수 있습니다. 먼저 Tio₂ 입자의 표면을 변형시킨 다음 분산 성을 추가하여 분산 성을 향상시키고 마지막으로 기계적 분산을 사용하여 남아있는 응집체를 분해함으로써 고도로 분산되고 안정적인 Tio Tio 시스템을 달성 할 수 있습니다. 이 통합 접근법은 일부 예비 연구에서 효과적인 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 표면 변형 (실란 커플 링 제 사용), 음이온 성 분산제 사용 (기계적 분산)의 사용을 통합함으로써 전자 제품 적용을위한 TIO₂ 기반 복합 재료에 대한 연구에서, TIO₂ 입자의 분산 가능성은 상당히 개선되어 복합재 재료의 전기적 특성을 더 잘 이끌어 내고, 전자 성능에 결정적인 전기적 특성을 이끌어 냈다.
결론적으로, 이산화 티타늄의 분산 성은 다양한 산업에서의 성능과 적용에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 분산 성이 좋지 않으면 최종 제품의 품질의 응집 및 후속 분해로 이어질 수 있습니다. 우리는 입자 크기와 모양, 표면 화학 및 정전기 상호 작용을 포함하여 Tio의 분산성에 영향을 미치는 요인을 탐구했습니다. 우리는 또한 표면 변형, 분산제 사용 및 기계적 분산과 같은 분산 성을 향상시키기위한 다양한 전략에 대해 논의했습니다. 실제 사례 연구를 통해 우리는 이러한 전략의 실질적인 구현과 효과를 보았습니다. 앞으로, 고급 표면 변형 기술, 새로운 분산제의 개발 및 다중 전략의 통합과 같은 미래의 관점은 이산화 티타늄의 분산 성을 더욱 향상시키기위한 유망한 길을 제공합니다. 이 중요한 안료를 통합 한 고품질 제품에 대한 증가하는 요구를 충족시키기 위해서는이 분야의 지속적인 연구 개발이 필수적 일 것입니다.
