Sulfato de bário modificado por SDS para uso cosmético
Os opacificantes cosméticos são ingredientes essenciais para conseguir efeitos como ocultar manchas e clarear a pele; a sua dispersibilidade e estabilidade afetam diretamente o desempenho e a vida útil do produto.
O sulfato de bário é muito utilizado em cosméticos devido ao seu elevado índice de refração, boa opacidade e estabilidade química. No entanto, a sua tendência para a aglomeração limita a sua aplicação em cosméticos.
Este estudo investiga a dispersibilidade e a estabilidade do sulfato de bário em matrizes cosméticas, preparando sulfato de bário ultrafino através da moagem de esferas e otimizando os processos de modificação de superfície e dispersão.
1. Métodos de Modificação
(1) Pré-tratamento do Sulfato de Bário
O sulfato de bário de grau industrial foi seco e peneirado num crivo de malha 200 em lotes. Para cada lote, 100 g de sulfato de bário foram misturados com 0,5 g de ácido esteárico num moinho de dois rolos durante 3 min. Os rolos foram então ajustados para a abertura mínima e passados 6 vezes, seguindo-se uma passagem final com uma abertura de 2 mm, completando a mistura inicial. O sulfato de bário misturado foi seco a 80 °C durante 4 h para obter o produto pré-tratado.
(2) Modificação da Superfície
Utilizando 100 partes da formulação base, foram adicionadas diferentes proporções do sulfato de bário pré-tratado e submetidas a modificação da superfície a 60 °C. Durante a modificação, foram adicionadas 1,5 partes de dodecil sulfato de sódio e a mistura foi completamente misturada. Os rolos foram ajustados para a abertura mínima e passados 6 vezes antes de serem achatados, resultando no sulfato de bário modificado.
(3) Preparação da Dispersão
O sulfato de bário modificado foi disperso na formulação base em diferentes proporções, utilizando uma combinação de agitação mecânica e dispersão ultrassónica. Especificamente, uma certa quantidade de sulfato de bário modificado foi pesada, adicionada à água desionizada e dispersa ultrassónica durante 10 min. A formulação base foi então adicionada lentamente, sob agitação, e a mistura foi agitada durante mais 30 minutos.
2. Processo de Modificação Óptimo e Avaliação de Desempenho
(1) Processo de Modificação Óptimo
Através de uma pesquisa sistemática, foram determinadas as condições ideais do processo: o sulfato de bário de grau industrial foi peneirado num crivo de 200 mesh e seco a 60 °C durante 4 horas. O dodecil sulfato de sódio foi utilizado como modificador de superfície a 1,5% do peso do sulfato de bário, e a modificação foi realizada a 60 °C durante 2 horas. No processo de dispersão, o teor de sulfato de bário foi controlado em 15% a 20%, a temperatura de dispersão em 60 °C, o tempo de dispersão em 15 minutos e o pH do sistema mantido em 8,0 a 8,5. Foi utilizada uma combinação de agitação mecânica e dispersão ultrassónica.
Nestas condições, o sistema de dispersão resultante apresentou as seguintes características: distribuição uniforme do tamanho de partícula, com um tamanho de partícula principal de 0,8–1,2 μm; boa estabilidade do dispersante, sem sedimentação significativa em 7 dias; e excelente cobertura, com um filme uniforme e contínuo.
(2) Avaliação da Aplicação em Cosméticos
A dispersão de sulfato de bário preparada foi avaliada em formulações cosméticas: a adição de 15% da dispersão de sulfato de bário modificada a uma base cremosa resultou numa boa cobertura e numa experiência agradável ao utilizador, com boa compatibilidade com a matriz base e sem separação de fases.
A adição de 20% da dispersão a uma formulação de corretor melhorou significativamente a cobertura, manteve uma boa estabilidade e proporcionou um efeito natural e duradouro.
Os resultados da avaliação da aplicação demonstram que a dispersão de sulfato de bário preparada pelo processo otimizado apresenta um excelente desempenho em aplicações cosméticas. A ALPA é especializada em moagem e classificação ultrafinas para maximizar o valor do seu produto. Especializada na moagem e classificação ultrafinas de barita.
O potencial da montmorilonita no campo das novas energias
A montmorilonita (MMT) é um mineral de silicato lamelar. Na sua estrutura, os átomos de alumínio de alta valência nos octaedros de alumínio-oxigénio podem ser facilmente substituídos por átomos de menor valência, resultando numa carga negativa entre camadas. Para manter a estabilidade da estrutura interlamelar, a montmorilonita adsorve catiões como o Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+ e K+ da sua envolvente. Esta característica confere à montmorilonita fortes capacidades de adsorção e troca catiónica. Esta estrutura única e capacidade de troca conferem à montmorilonita um potencial significativo para aplicações no campo das novas tecnologias energéticas.
Materiais para Baterias de Lítio
(1) Para Eletrólitos de Estado Sólido
Numerosos estudos demonstraram que a montmorilonita (MMT), como uma nova carga inorgânica, pode melhorar significativamente a condutividade iónica e as propriedades mecânicas dos eletrólitos poliméricos sólidos (SPEs).
(2) Construção de Camadas SEI Artificiais
Em filmes artificiais de interfase eletrolítica sólida (SEI), a montmorilonita-lítio em camadas (Li-MMT) confere boas propriedades mecânicas à camada SEI e fornece canais de transporte de Li+, o que ajuda a suprimir o crescimento dos dendritos de lítio. Beneficiando dos canais rápidos de Li+ presentes no Li-MMT, uma célula completa de Li-LiFePO4 montada com uma camada SEI de Li-MMT apresenta um desempenho de taxa superior e mantém uma elevada capacidade de retenção de 90,6% após 400 ciclos a uma taxa de 1C.
(3) Otimização do Separador
O MMT é utilizado para otimizar separadores devido às suas excelentes propriedades de adsorção. Comparativamente aos separadores de PE comerciais, o separador modificado com Li-MMT apresenta uma maior concentração de Li+ na interface elétrodo/eletrólito, o que reduz a deposição seletiva de lítio, enfraquece a densidade de corrente local e suprime o crescimento de dendrites.
(4) Otimização de Eletrólitos Líquidos
Nos sistemas de baterias de lítio metálico, em comparação com os eletrólitos de PEO, a montmorilonita apresenta uma maior afinidade com o lítio metálico, com um potencial zeta de +26 mV, o que promove o enriquecimento de iões de lítio junto à superfície da montmorilonita. Com a adsorção e separação dos iões de lítio, o sobrepotencial aumenta ligeiramente para -57,7 mV, orientando os iões de lítio para migrarem da montmorilonita e se depositarem na superfície do coletor de corrente de cobre.
(5) Materiais Portadores
Supercondensadores
Materiais Molde
Alguns minerais naturais possuem morfologias específicas, como a atapulgite, a montmorilonita, a haloisita e a diatomita, que são comummente utilizados como moldes para sintetizar materiais de carbono porosos com morfologias específicas. Além disso, polímeros condutores com morfologias específicas podem ser sintetizados através do método do molde mineral. (2) Materiais Portadores de Eléctrodos
Para obter materiais ativos com morfologias específicas e, simultaneamente, aumentar a capacitância específica e melhorar a estabilidade do ciclo, os materiais ativos podem ser carregados na superfície de minerais como a montmorilonita e a haloisita.
Materiais de Armazenamento de Metano
Atualmente, os investigadores estão a explorar a utilização da tecnologia de armazenamento de gás natural baseada na adsorção, que é económica, conveniente e segura, como alternativa às tecnologias tradicionais de gás natural comprimido e gás natural liquefeito. Estudos demonstraram que os minerais argilosos desempenham um papel positivo na formação e desenvolvimento de reservatórios de gás de xisto e possuem capacidade de armazenamento de gás.
Materiais Eletrocatalíticos
A eletrocatálise é um tipo de catálise que acelera as reações de transferência de carga na interface elétrodo/eletrólito e tem sido amplamente utilizada em áreas como a evolução eletroquímica de hidrogénio, evolução de oxigénio e redução de NOx. Os minerais de argila, como a montmorilonita, têm sido amplamente utilizados como transportadores de componentes de reação de elétrodos fotoeletrocatalíticos para prevenir a agregação de partículas, melhorar a estabilidade das moléculas sensibilizadoras e aumentar a seletividade da reação.
Materiais de Armazenamento de Energia Térmica em Mudança de Fase
Os materiais de armazenamento de energia térmica em mudança de fase (PCMs) são um novo tipo de material funcional que utiliza a absorção ou libertação de calor durante a mudança de fase para armazenamento e libertação de energia térmica. Os minerais naturais desempenham um papel importante no campo do armazenamento de energia térmica em mudança de fase. Por um lado, os próprios minerais naturais são excelentes materiais inorgânicos para a mudança de fase e podem ser processados em materiais de armazenamento de energia térmica em mudança de fase de alto desempenho após a adição de agentes nucleantes e espessantes apropriados. Por outro lado, a estrutura porosa dos minerais pode servir como um excelente transportador para materiais de armazenamento de energia térmica em mudança de fase.
Modificação do revestimento em pó de dióxido de titânio
A modificação da superfície do pó de dióxido de titânio (branco de titânio) é um método importante para melhorar o seu desempenho (como a dispersibilidade, a resistência à intempérie, o brilho e a estabilidade química). As técnicas comuns de modificação de superfícies podem ser amplamente categorizadas em três tipos: revestimento inorgânico, revestimento orgânico e revestimento compósito. A seguir, é apresentada uma classificação detalhada e uma breve introdução a estes métodos:
Modificação do Revestimento Inorgânico
Este método envolve o revestimento da superfície das partículas de dióxido de titânio com uma camada de óxidos ou sais inorgânicos, formando uma barreira física para melhorar a sua estabilidade química e propriedades óticas.
1. Revestimento de Óxido
Princípio: Os hidratos de óxidos metálicos (como SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ etc.) são precipitados na superfície das partículas de dióxido de titânio, formando uma camada de revestimento uniforme.
Processo: Normalmente, utiliza-se um método de deposição em fase líquida, no qual se adicionam sais metálicos (como o silicato de sódio e o sulfato de alumínio) à pasta de dióxido de titânio, e o pH é ajustado para precipitar os hidratos de óxido metálico na superfície.
2. Revestimento de Óxido Composto
Princípio: Revestimento com dois ou mais óxidos metálicos (como Al₂O₃-SiO₂, ZrO₂-SiO₂ etc.), combinando as vantagens de cada componente.
Características: Desempenho global superior; por exemplo, o revestimento de Al₂O₃-SiO₂ pode melhorar simultaneamente a dispersibilidade e a resistência às intempéries, sendo adequado para revestimentos automóveis e de bobinas exigentes.
3. Revestimento com Sal
Princípio: Utilização de sais metálicos (como fosfatos, silicatos, sulfatos, etc.) para formar uma camada de sal insolúvel na superfície das partículas de dióxido de titânio.
Modificação de Revestimento Orgânico
Este método envolve a reação de compostos orgânicos com os grupos hidroxilo na superfície do dióxido de titânio, formando uma camada molecular orgânica para melhorar a sua compatibilidade com os meios orgânicos. 1. Revestimento com Agente de Acoplamento
Princípio: Utilizando a estrutura anfifílica dos agentes de acoplamento (como silanos, titanatos e aluminatos), uma extremidade liga-se aos grupos hidroxilo na superfície do dióxido de titânio, enquanto a outra extremidade reage com a matriz orgânica (por exemplo, resina, polímero).
Funções:
Agentes de acoplamento de silano: Melhoram a dispersibilidade do dióxido de titânio em sistemas aquosos, comummente utilizados em revestimentos e tintas à base de água.
Agentes de acoplamento de titanato/aluminato: Melhoram a compatibilidade em sistemas oleosos, como plásticos e borracha, reduzindo a aglomeração durante o processamento.
2. Revestimento Surfactante
Princípio: Os tensioativos (como os ácidos gordos, os sulfonatos e os sais de amónio quaternário) aderem à superfície do dióxido de titânio por adsorção física ou reação química, formando uma camada de carga ou camada hidrofóbica.
3. Revestimento Polimérico
Princípio: Enxertia de polímeros (como acrilatos, resinas epóxi e siloxanos) na superfície do dióxido de titânio através de reações de polimerização.
Funções:
Forma uma camada espessa de revestimento, protegendo ainda mais contra ataques químicos e melhorando a resistência às intempéries e as propriedades mecânicas.
Melhora a compatibilidade com resinas específicas, adequado para compósitos e revestimentos de alto desempenho.
4. Revestimento Organossilício
Princípio: Utiliza a baixa energia superficial dos polissiloxanos (óleo de silicone, resina de silicone, etc.) para revestir partículas de dióxido de titânio.
Funções: Reduzir a tensão superficial, melhorar a dispersibilidade e a lubricidade, comummente utilizado em tintas e cosméticos.
Modificação de Revestimentos Compósitos
Combinando as vantagens dos revestimentos inorgânicos e orgânicos, um processo de revestimento duplo (sequencial ou simultâneo) consegue desempenhos complementares.
1. Revestimento Sequencial Inorgânico-Orgânico
Processo: Primeiramente, forma-se uma barreira física com óxidos inorgânicos (por exemplo, SiO₂) e, em seguida, realiza-se a modificação orgânica com agentes de acoplamento ou polímeros.
Características: Equilibra a resistência às intempéries e a compatibilidade, adequado para revestimentos arquitetónicos de alto desempenho ou tintas automóveis OEM. 2. Revestimento Simultâneo Inorgânico-Orgânico
Processo: Os agentes de revestimento inorgânicos e orgânicos são introduzidos simultaneamente no mesmo sistema de reacção para formar uma estrutura núcleo-casca.
Características: A camada de revestimento apresenta uma maior adesão e um desempenho significativamente melhorado, adequado para aplicações de ponta (por exemplo, revestimentos aeroespaciais e nanocompósitos).
Outras Tecnologias Especiais de Revestimento
1. Revestimento de Nanopartículas
Princípio: A utilização de nanopartículas (por exemplo, nano-SiO₂, nano-ZnO) para revestimento aumenta a proteção UV e a transparência, sendo comummente utilizado em cosméticos para proteção solar e revestimentos óticos.
2. Microencapsulamento
Princípio: Encapsular as partículas de dióxido de titânio em microcápsulas poliméricas, libertando o dióxido de titânio através do controlo das condições de rutura da cápsula (por exemplo, temperatura, pH), adequado para revestimentos inteligentes e sistemas de libertação controlada.
A seleção dos diferentes métodos de revestimento depende da aplicação (por exemplo, revestimentos, plásticos, tintas, cosméticos) e dos requisitos de desempenho (resistência às intempéries, dispersibilidade, compatibilidade, etc.).
Seis métodos principais de modificação do óxido de zinco nano
O nanoóxido de zinco é um novo tipo de material químico inorgânico fino funcional. Devido ao seu pequeno tamanho de partícula e grande área superficial específica, possui propriedades físico-químicas únicas em química, ótica, biologia e eletrónica. É amplamente utilizado em aditivos antimicrobianos, catalisadores, borracha, corantes, tintas de impressão, revestimentos, vidro, cerâmicas piezoelétricas, optoelectrónica e aplicações químicas diárias, sendo bastante promissor em termos de desenvolvimento e utilização.
No entanto, devido à sua grande área superficial específica e elevada energia superficial específica, o nanoóxido de zinco apresenta uma forte polaridade superficial, propenso à autoaglomeração e difícil de dispersar uniformemente em meios orgânicos, limitando significativamente o seu nanoefeito. Portanto, a dispersão e a modificação da superfície dos pós de nanoóxido de zinco são tratamentos essenciais antes que os nanomateriais possam ser aplicados em matrizes.
1. Modificação de Tensoativos
A modificação dos tensioativos envolve a interação eletrostática dos tensioativos para formar um revestimento orgânico na superfície dos nanomateriais, melhorando assim a sua compatibilidade com as matrizes orgânicas.
Embora a modificação dos tensioativos seja um processo simples, a sua eficácia é geralmente baixa, dificultando a formação de um revestimento estável e robusto na superfície dos nanomateriais.
2. Modificação Mecanoquímica
A modificação mecanoquímica utiliza forças mecânicas para alterar as propriedades físicas e químicas dos nanomateriais, aumentando assim a sua afinidade e reatividade com outras substâncias.
No entanto, a modificação mecanoquímica é normalmente muito demorada e geralmente apresenta resultados insatisfatórios para os nanomateriais.
3. Modificação de Alta Energia
A modificação de alta energia envolve a polimerização de monómeros de compostos orgânicos utilizando tratamento de plasma ou radiação, que depois reveste a superfície do nanomaterial.
A modificação de alta energia geralmente consegue melhores resultados do que os dois métodos anteriores, mas apresenta desvantagens como o elevado consumo de energia e a dificuldade técnica.
4. Modificação por Esterificação
A esterificação é um método de modificação de superfície que utiliza grupos de ácido carboxílico em modificadores, como ácidos gordos superiores ou ácidos orgânicos insaturados, para reagir com grupos hidroxilo na superfície de um nanomaterial e obter a esterificação.
O método de esterificação é simples, mas o seu efeito de modificação é baixo e geralmente necessita de ser utilizado em conjunto com um agente de acoplamento.
5. Enxerto de Polímero
O enxerto de polímero envolve primeiro o enxerto de um monómero de polímero na superfície de um nanomaterial, depois o início de uma reação de polimerização para estender a cadeia carbónica e, finalmente, permitir que o polímero cubra todo o nanomaterial.
O método de enxertia de polímero é complexo de operar e o efeito da modificação é afetado por vários fatores, dificultando a sua ampla aplicação.
6. Modificação por Agente de Acoplamento
Um agente de acoplamento baseia-se num elemento de silício ou metal, com dois grupos diferentes em cada lado que se podem ligar a matrizes inorgânicas e orgânicas. Estes três componentes trabalham em conjunto para obter a modificação química do nanomaterial. O óxido de nanozinco foi modificado com o agente de acoplamento de silano APS. Tanto o óxido de nanozinco modificado como o não modificado foram dispersos em etanol anidro para preparar tintas de impressão para utilização como materiais de camadas de transporte de eletrões em células fotovoltaicas. O desempenho das duas tintas foi então comparado. Os resultados mostraram que o óxido de nanozinco modificado foi melhor disperso em etanol anidro e permaneceu aglomerado durante 12 meses. O material da camada de transporte de eletrões preparado com este agente apresentou uma maior eficiência de transferência de eletrões e conseguiu cumprir os padrões de desempenho do dispositivo em espessuras mais finas.
O óxido de nanozinco foi quimicamente modificado utilizando agentes de acoplamento de silano contendo grupos funcionais gliciloxi e amino. Tanto o óxido de nanozinco modificado como o não modificado foram incorporados em revestimentos epóxi para testes de resistência ao intemperismo. Os resultados mostraram que os revestimentos epóxi que incorporam óxido de nanozinco modificado com o agente de acoplamento gliciloxisilano apresentaram alterações significativamente menores no ângulo de contacto, cor e grupos carbonilo após 450 horas de intemperismo acelerado, demonstrando uma resistência ao intemperismo significativamente melhorada em comparação com os revestimentos epóxi contendo óxido de nanozinco não modificado.
O método do agente de acoplamento é o método de modificação mais promissor devido à sua simplicidade, bom efeito de modificação e baixo custo.
Comparando os vários métodos de modificação de superfície acima referidos, e considerando tanto o efeito da modificação como a dificuldade, pode-se observar que o método de esterificação e o método do agente de acoplamento são mais adequados para a modificação de superfície de nanomateriais.
A alumina calcinada tornou-se um importante suporte para o desenvolvimento da indústria cerâmica
A alumina calcinada, um material inorgânico não metálico feito de alumina industrial calcinada a altas temperaturas, possui muitas propriedades notáveis. Em primeiro lugar, a sua elevada dureza é uma das suas características distintivas. A sua dureza Mohs atinge os 9, perdendo apenas para o diamante. Isto torna os produtos cerâmicos feitos com ela excecionalmente resistentes ao desgaste, mantendo uma boa aparência e estabilidade estrutural ao longo da utilização. Em segundo lugar, possui uma excelente resistência a altas temperaturas, capaz de suportar temperaturas superiores a milhares de graus Celsius sem deformação ou danos, característica que a torna particularmente útil no campo das cerâmicas de alta temperatura. Além disso, a alumina calcinada apresenta uma excelente estabilidade química e não é suscetível a reações químicas com outras substâncias, garantindo o desempenho estável dos produtos cerâmicos.
Principais Funções da Alumina Calcinada nos Esmaltes
Devido à sua elevada pureza, elevada dureza e excelente estabilidade química, a alumina calcinada é amplamente utilizada em esmaltes, particularmente em cerâmicas domésticas, cerâmicas arquitetónicas e cerâmicas especiais. Nas aplicações práticas, não só melhora significativamente a dureza e a resistência ao desgaste da superfície do esmalte, reduzindo eficazmente os riscos e o desgaste durante a utilização, prolongando assim a vida útil dos produtos cerâmicos, como também melhora a estabilidade química do esmalte, reduzindo o risco de corrosão ácida e alcalina, e melhorando a resistência às manchas e a durabilidade do produto. Além disso, a adição adequada de alumina calcinada pode ajustar a temperatura de fusão e a viscosidade do esmalte, melhorando a sua fluidez, evitando defeitos como microporos e contração do esmalte, resultando numa superfície de esmalte mais lisa e uniforme. Além disso, as suas propriedades óticas únicas podem ajudar a controlar o brilho do esmalte, adicionando uma textura delicada aos esmaltes mate e melhorando a uniformidade do brilho dos esmaltes brilhantes para satisfazer os requisitos de design de diversos produtos cerâmicos.
Em aplicações com pigmentos, a alumina calcinada pode proporcionar um transportador estável para pigmentos de óxido metálico (como óxido de ferro e óxido de cobalto), inibir a volatilização ou difusão de pigmentos a altas temperaturas e evitar o desvanecimento e o escurecimento do esmalte. Especialmente em vernizes de alta temperatura, pode fixar a concentração da cor e a consistência do tom, ajudando a alcançar efeitos decorativos cerâmicos ricos e duradouros. É um suporte fundamental para promover o desenvolvimento de esmaltes cerâmicos coloridos em direção a um alto desempenho e alta estabilidade.
Mecanismo de ação dos óxidos de terras raras em refratários de magnésio-cálcio
As propriedades de um elemento determinam o seu desempenho, e os elementos de terras raras não são exceção. O seu desempenho está intimamente relacionado com as suas propriedades. Os principais fatores que determinam as suas propriedades físicas (como a dureza, a estrutura cristalina e o ponto de fusão) são os seus raios atómico e iónico. Os metais de terras raras têm pontos de fusão elevados que aumentam com o aumento do número atómico, embora esta tendência não seja muito consistente. Os elementos de terras raras perdem normalmente os seus eletrões dos orbitais s e d externos, formando um estado de valência +3, formando assim óxidos de terras raras. Este estado de valência +3 é o estado de oxidação característico dos elementos de terras raras. Os óxidos de terras raras têm pontos de fusão superiores a 2000 °C e são não voláteis. São semicondutores condutores mistos com condutividade eletrónica e iónica. A condutividade eletrónica refere-se à condução de eletrões e lacunas, enquanto a condutividade iónica se refere ao movimento de iões de oxigénio dentro de lacunas de oxigénio, essencialmente a condução de iões de oxigénio.
Para além de utilizar elementos de terras raras diretamente como componentes da matriz ou centros funcionais com base nas propriedades óticas e magnéticas dos eletrões 4f, as suas propriedades químicas, como a reatividade química e o grande raio iónico, também podem ser aproveitadas para modificar a microestrutura do material, melhorando assim o seu desempenho. As cerâmicas semicondutoras funcionais dopadas com terras raras são um exemplo importante. A adição de óxidos de terras raras a materiais refractários não só aumenta e melhora a resistência e tenacidade inerentes do material, como também reduz as temperaturas de sinterização e os custos de produção.
Devido à sua não toxicidade, elevada eficiência e propriedades físicas e químicas únicas, os compostos de terras raras estão a ser cada vez mais utilizados numa vasta gama de aplicações, evoluindo de aplicações primárias em metalurgia, engenharia química e cerâmica para aplicações avançadas em materiais compósitos de alto desempenho, como o armazenamento de hidrogénio e a luminescência. A investigação sobre a aplicação de óxidos de terras raras em materiais cerâmicos tem atraído ampla atenção. Estudos demonstraram que a adição de óxidos de terras raras melhora significativamente o desempenho dos materiais cerâmicos, garantindo a sua qualidade e desempenho para diversas aplicações. Além disso, os óxidos de terras raras, como os fundentes, podem promover a sinterização, melhorar a microestrutura da cerâmica e proporcionar dopagem e modificação.
Os óxidos de terras raras, como aditivos, melhoram as propriedades dos materiais refractários, demonstrando os seus benefícios únicos e significativos na melhoria do desempenho e na atribuição de novas funções. A adição de pequenas quantidades de óxidos de terras raras aumenta a densidade dos refractários magnésio-cálcio, melhorando a sua densidade e resistência à corrosão.
Os óxidos de terras raras são utilizados como aditivos em refractários de magnésio-cálcio para melhorar a sua sinterabilidade, compactação, microestrutura, composição da fase cristalina, resistência à flexão à temperatura ambiente e tenacidade à fratura, cumprindo assim os requisitos de desempenho do mercado para refractários de magnésio-cálcio. Existem três mecanismos principais para a adição de óxidos de terras raras a materiais refractários de magnésio-cálcio. (1) Aditivos como os fundentes podem promover a sinterização. A temperatura de sinterização dos materiais refractários de magnésio-cálcio é geralmente elevada, existindo muitos factores que não são propícios à densificação durante o processo de sinterização. A adição de óxidos de terras raras pode resolver este problema. Devido às propriedades únicas dos óxidos de terras raras, a adição de óxidos de terras raras a materiais refractários pode alterar a sua estrutura interna, promovendo assim a sinterização dos materiais refractários magnésio-cálcio. (2) Os óxidos de terras raras podem melhorar a microestrutura dos materiais refractários de magnésio-cálcio. A adição de óxidos de terras raras pode melhorar a microestrutura interna dos materiais refractários. Isto reduz a taxa de migração do contorno de grão, inibe o crescimento de grãos e é propício à formação de uma estrutura densa. (3) Modificação da dopagem de óxidos de terras raras. A dopagem de óxidos de terras raras no processo de preparação de materiais refractários fará com que a forma cristalina da amostra se altere, provocando assim uma alteração no seu volume. Esta alteração pode melhorar significativamente a sua resistência à flexão e tenacidade. A investigação sobre a adição de aditivos para melhorar e otimizar as propriedades relevantes dos materiais no processo de preparação de materiais refratários sempre atraiu a atenção do público. Na investigação atual, o foco principal está no problema de que as matérias-primas de areia de cálcio e magnésia são difíceis de sinterizar e fáceis de hidratar. Os principais aditivos incluem ZrO2, Fe2O3, Al2O3, óxidos de terras raras, etc.
Aplicação de sulfato de bário em 10 indústrias
O sulfato de bário é um termo desconhecido para a maioria das pessoas, e mesmo aqueles que não estão familiarizados com a química podem considerá-lo um produto químico perigoso. No entanto, o sulfato de bário é omnipresente no nosso quotidiano, surgindo frequentemente sob a forma de produtos manufaturados. Por exemplo, a maioria dos produtos plásticos das nossas casas, aparelhos de ar condicionado, peças de plástico para automóveis, sacos de supermercado, tintas, revestimentos e vidros podem conter sulfato de bário.
Aplicação do sulfato de bário em dez principais indústrias
1. Indústria Petrolífera: Pó de barita de 200 mesh e 325 mesh para aditivos de lama de perfuração de campos de petróleo e gás.
2. Indústria Química: As fábricas de sal de barita utilizam a barita como matéria-prima para produzir litopona, sulfato de bário precipitado e carbonato de bário.
3. Indústria de Tintas e Revestimentos: A barite pode ser utilizada como carga em tintas e revestimentos, substituindo matérias-primas mais caras, como o sulfato de bário precipitado, a litopona, o dióxido de titânio e a sílica ativada. É adequado para controlar a viscosidade da tinta e obter uma cor brilhante e estável.
4. Indústria de Plásticos: A barite pode ser utilizada como enchimento em matérias-primas de plástico ABS, acrescentando um brilho intenso e melhorando a resistência, a rigidez e a resistência ao desgaste.
5.º Indústria da Borracha: O pó de barita com malha inferior a 500 pode ser amplamente utilizado como enchimento em produtos de borracha, reduzindo os custos e melhorando a dureza, a resistência aos ácidos e aos álcalis e a resistência à água. Proporciona também um excelente reforço para borracha natural e sintética.
6.º Indústria Papeleira: O pó de barita altamente fino pode ser utilizado como enchimento e revestimento em quadros brancos e papel couché para aumentar a brancura e a cobertura da superfície. Especificações do produto: 325 mesh, 400 mesh, 600 mesh, 800 mesh, 1250 mesh, 1500 mesh, 2000 mesh, 2500 mesh, 3000 mesh, 4000 mesh, 5000 mesh, 6000 mesh.
7. Indústria do Cimento
A adição de mineralizantes compostos de barite e fluorite à produção de cimento pode aumentar a brancura e a resistência do cimento. Pode ser utilizado para produzir cimento de bário, argamassa de barita e betão de barita, que podem ser utilizados em edifícios que exijam proteção contra raios X.
8. Indústria do Vidro
Pode ser utilizado como desoxidante, clarificante e fundente para aumentar a estabilidade ótica, o brilho e a resistência do vidro.
9. Indústria da Construção Civil
Pode ser utilizado como agregado de betão, material de pavimentação, para reforçar tubagens enterradas em zonas pantanosas e como substituto de placas de chumbo em blindagens de instalações nucleares, centrais atómicas e laboratórios de raios X, prolongando a vida útil das superfícies das estradas.
10. Indústria Cerâmica
O pó de barita também pode ser utilizado como enchimento de alta qualidade em cerâmicas e outras indústrias. Atualmente, a utilização de sulfato de bário na indústria cerâmica está a diminuir, enquanto a utilização de pó de wollastonita está a aumentar.
As aplicações nos dez sectores acima mencionados são todas críticas e essenciais para a subsistência das pessoas. Isto demonstra o papel significativo e a vasta gama de aplicações do sulfato de bário, um pó mineral inorgânico não metálico.
Amplamente utilizado na indústria cerâmica - Talco Preto
O talco preto é tipicamente composto por talco, quartzo, calcita, sepiolite e carbono orgânico, variando de preto a preto acinzentado.
Os principais componentes químicos do talco negro são o óxido de magnésio, o óxido de silício, o óxido de alumínio, o óxido de ferro, o óxido de titânio, o óxido de sódio e o óxido de potássio.
Aplicação do talco preto
(1) Matérias-primas para a indústria cerâmica
O desempenho de processamento do talco preto é insubstituível por outros materiais. A porcelana de alta brancura e a porcelana óssea queimadas com talco preto são também chamadas de porcelana de talco ou porcelana de magnésio.
(2) Cargas para produtos de borracha
Como carga para produtos de borracha, o pó de talco preto apresenta uma boa dispersibilidade e certas propriedades de reforço.
(3) Cargas para produtos plásticos
As cargas plásticas utilizam dois tipos de produtos de talco preto: um é o pó de talco preto e o outro é o pó de talco calcinado.
(4) Cargas para revestimentos
Como o talco apresenta uma textura macia, baixa abrasividade e boa capacidade de suspensão e dispersão, começou a ser utilizado em revestimentos.
(5) Outros
Para além de ser amplamente utilizado nas indústrias referidas, o talco preto pode também ser utilizado como carga e adsorvente em indústrias como a impermeabilização de matérias-primas, fertilizantes, pesticidas e química fina.
Calcinação e branqueamento do talco negro
O principal objetivo do processamento do talco preto é melhorar a brancura. A brancura natural do talco preto é de cerca de 50% ou até menos, limitando a sua ampla utilização a aplicações em indústrias como a cerâmica e a borracha. Como carga, o talco deve possuir um elevado grau de brancura. Para expandir a sua aplicação, devem ser tomadas medidas apropriadas para melhorar a sua brancura. A calcinação, que aumenta então a sua brancura e altera as suas propriedades físicas, aumenta o seu valor acrescentado.
Atualmente, o principal método para melhorar a brancura do talco preto é a calcinação. O principal objetivo da calcinação é remover o carbono orgânico do talco, obtendo uma brancura que satisfaça os requisitos industriais e que expanda a sua aplicação. Após a calcinação, a brancura atinge até 95%, resultando em excelentes propriedades de resistência ao fogo, resistência ao calor, isolamento, adesão, adsorção e lubrificação. É adequado para aplicações em fabrico de papel, cerâmica, plásticos, tintas, revestimentos, produtos farmacêuticos, cosméticos, aeroespacial, máquinas, eletrónica, computadores e decoração arquitetónica.
Processo de Calcinação do Talco Negro
A calcinação e a moagem são dois processos utilizados no processamento ultrafino e de elevada brancura do talco negro. Dependendo da ordem em que são realizados, existem dois processos principais: a calcinação seguida de moagem ultrafina e a moagem ultrafina seguida de calcinação.
Processo de Calcinação antes da Moagem
As vantagens são a simplicidade e o baixo custo de processamento. No entanto, após moagem e classificação ultrafinas, o produto de talco resultante apresenta uma brancura de aproximadamente 85%, ficando aquém da brancura desejada de 95% após a calcinação.
Processo de Moagem Antes da Calcinação
As vantagens são uma melhor uniformidade da brancura após a calcinação, com uma brancura acima dos 92%. No entanto, este processo é propenso à aglomeração ou a manchas branco-avermelhadas.
Aplicações do Carboneto de Silício
O carboneto de silício possui características significativas, tais como elevada largura de banda proibida, elevado campo elétrico de rutura, elevada condutividade térmica e elevada taxa de deriva de saturação de eletrões. Pode satisfazer os requisitos de dispositivos de desenvolvimento científico e tecnológico para cenários complexos, como alta temperatura, alta potência, alta tensão e alta frequência. Tem sido amplamente utilizado em eletrónica de potência, veículos de nova energia, armazenamento de energia, fabrico inteligente, energia fotovoltaica, transporte ferroviário e outros campos. Pode dizer-se que "tudo pode ser carboneto de silício".
Aplicações do Carboneto de Silício em Veículos de Nova Energia
No setor dos veículos de nova energia, a aplicação da tecnologia de carboneto de silício está a tornar-se fundamental para melhorar o desempenho dos veículos elétricos e híbridos. Os dispositivos de carboneto de silício, com a sua elevada condutividade térmica, elevada intensidade de campo elétrico de rutura e excelentes propriedades mecânicas, aumentam significativamente a eficiência e a fiabilidade dos sistemas de acionamento elétrico, dos sistemas de carregamento e dos sistemas de gestão de energia.
Aplicações do Carbeto de Silício na Condução Inteligente e na Internet dos Veículos
No meio do rápido desenvolvimento da condução inteligente e da Internet dos Veículos, a tecnologia do carboneto de silício, com o seu desempenho superior, está gradualmente a penetrar em áreas-chave como sistemas de sensores, unidades de processamento de dados e módulos de comunicação, melhorando significativamente o desempenho e a fiabilidade do sistema.
Aplicações do Carbeto de Silício em Sistemas Fotovoltaicos
Nos sistemas fotovoltaicos, componentes essenciais como inversores, controladores MPPT e módulos de conversão de armazenamento de energia impõem múltiplas exigências aos dispositivos de energia, incluindo alta eficiência, resistência a altas tensões, operação a altas temperaturas e miniaturização. Os dispositivos de silício tradicionais sofrem uma degradação significativa da eficiência em ambientes de alta tensão e alta temperatura, tornando-os incapazes de satisfazer os crescentes requisitos de densidade de potência das centrais fotovoltaicas.
Aplicações do Carbeto de Silício nas Comunicações 5G
Em aplicações como as comunicações sem fios e os sistemas de radar, os dispositivos de RF atuam como o núcleo da transmissão e do processamento de sinal, e o seu desempenho é crucial para a estabilidade do sistema. Os dispositivos de RF baseados em carboneto de silício semi-isolante, devido às suas propriedades de ampla largura de banda, oferecem vantagens como baixa perda, alta largura de banda e alta densidade de potência, tornando-os um facilitador essencial para sistemas de comunicação 5G e militares de próxima geração.
Aplicações do Carboneto de Silício em Redes Elétricas
O carboneto de silício pode melhorar significativamente as redes elétricas, melhorando a eficiência e a capacidade de transmissão e distribuição de energia. Os substratos de carboneto de silício podem operar a temperaturas, tensões e frequências mais elevadas, tornando componentes como conversores, aparelhagem de manobra e transformadores mais pequenos e mais eficientes, reduzindo assim as perdas de energia e melhorando a qualidade da energia.
Aplicações do Carboneto de Silício em Aeronaves de Baixa Altitude
As novas aeronaves, representadas pelo eVTOL (descolagem e aterragem vertical elétrica), tornaram-se um ponto focal na economia global de baixa altitude e prevê-se que se tornem uma nova indústria de triliões de dólares. Os dispositivos MOSFET de SiC, através dos seus saltos de eficiência e inovações em baixo peso, estão a impulsionar o eVTOL da fase experimental para a operação comercial. Os dispositivos MOSFET de SiC tornaram-se um componente essencial dos sistemas de energia eVTOL, e o seu desempenho melhorado e os custos reduzidos impulsionarão a indústria para aplicações em larga escala.
Aplicações do Carboneto de Silício em Inteligência Artificial (IA)
A eletricidade está a tornar-se o mais recente estrangulamento que ameaça o avanço da inteligência artificial (IA). O rápido crescimento do poder computacional da IA é acompanhado pelo aumento do consumo de energia, o que está a ter um impacto significativo na procura social normal de energia. Tomando como exemplo os centros de dados dos EUA, em 2030 poderão consumir até 9% da geração de eletricidade do país, aproximadamente o equivalente à produção anual de 40 centrais nucleares de média dimensão.
Com uma escala tão grande de consumo de electricidade, mesmo uma redução de 0,1% no consumo de energia é um factor significativo. Para ajudar a lidar com esta urgente escassez de electricidade, o ecossistema da indústria global está a explorar activamente todas as opções possíveis. Por exemplo, a ON Semiconductor desenvolveu uma nova série de MOSFETs de silício para energia de trincheira e MOSFETs de SiC.
Aplicação do Carbeto de Silício na Indústria Robótica
Os robôs e os veículos de nova energia partilham um elevado grau de semelhança na sua arquitetura técnica. Os chips automóveis podem ser transferidos para aplicações robóticas, mas devem adaptar-se a diferentes requisitos de desempenho. Por exemplo, os semicondutores de potência, para além dos sistemas automóveis, também possuem capacidades técnicas aplicáveis aos controladores de acionamento de motores para juntas robóticas. A procura por um controlo de potência eficiente neste mercado emergente de robótica está a crescer rapidamente.
Alumina, a "salvadora" dos materiais para baterias catódicas
A estrutura básica das baterias de iões de lítio abrange o elétrodo positivo, o elétrodo negativo, o eletrólito, o separador e a caixa da bateria. O material do elétrodo positivo é o material central das baterias de iões de lítio, determinando a densidade de energia, a plataforma de tensão, a vida útil e a segurança da bateria.
Atualmente, embora o óxido de lítio-cobalto (LiCoO2), o óxido de lítio-manganês (LiMn2O4), o fosfato de ferro-lítio (LiFePO4) e os materiais ternários (Li-Ni-Co-Mn-O) sejam quatro materiais de elétrodo positivo comercializados para baterias de iões de lítio, apresentam certas deficiências em termos de segurança, desempenho do ciclo, retenção de capacidade e outros aspetos. Para melhorar a estabilidade dos materiais do elétrodo positivo, os investigadores utilizam diferentes métodos de modificação, como a dopagem, o revestimento superficial e dois métodos em comum.
Como é que a alumina melhora o desempenho do elétrodo positivo?
O revestimento de alumina em materiais do elétrodo positivo pode melhorar eficazmente a estabilidade do ciclo, a vida útil e a estabilidade térmica dos materiais do elétrodo positivo. Os principais efeitos do Al2O3 nos materiais de elétrodos positivos são:
(1) Sequestrador de fluoreto de hidrogénio (HF)
O LiPF6 é um eletrólito normalmente utilizado em eletrólitos. Sob alta tensão, o hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) reage com vestígios de água para gerar HF.
(2) Barreira de proteção física
Revestir uma camada de Al2O3 na superfície do material do elétrodo positivo pode isolar o material do elétrodo positivo do eletrólito e inibir a ocorrência de reações colaterais prejudiciais entre o material do elétrodo positivo e o eletrólito.
(3) Melhorando a estabilidade térmica dos materiais do elétrodo positivo
A estabilidade térmica é um dos principais fatores na avaliação do desempenho das baterias de iões de lítio. Durante o processo de carga e descarga das baterias de lítio, a libertação de oxigénio reticular no material do elétrodo positivo provocará a oxidação do eletrólito, reduzindo assim a sua estabilidade térmica.
(4) Melhorando a taxa de difusão dos iões de lítio
Embora o óxido de alumínio não seja um bom condutor de eletrões e iões, pode reagir com o lítio residual na superfície do material do elétrodo positivo durante o processo de carga e descarga, gerando LiAlO2, que é um bom condutor de iões e pode aumentar a taxa de difusão dos iões de lítio. Isto ocorre principalmente porque o LiAlO2 reduz a barreira de energia de difusão dos iões de lítio.
(5) Reação com LiPF6 para gerar o aditivo eletrolítico LiPO2F2
O óxido de alumínio revestido na superfície do material do elétrodo positivo pode reagir com o sal de lítio (LiPF6) no eletrólito para gerar difluorofosfato de lítio (LiPO2F2), que é um aditivo eletrolítico estável que pode melhorar significativamente a estabilidade do ciclo, a segurança e o desempenho da taxa do material do elétrodo positivo.
(6) Inibição do Efeito Jahn-Teller
O efeito Jahn-Teller é a principal causa da dissolução dos iões Mn no material do elétrodo positivo, o que pode causar o colapso da estrutura do material do elétrodo positivo e dificultar a difusão dos iões de lítio, resultando na redução do desempenho eletroquímico do material do elétrodo positivo.
Cinco principais tecnologias de revestimento
Método de impregnação: Adicionar o material do elétrodo positivo à solução ou ao sol que contém o precursor de alumínio para formar uma pasta uniforme e, em seguida, secar e calcinar para formar um material do elétrodo positivo revestido de alumina.
Método de precipitação: Misturar o material do elétrodo positivo e uma solução como nitrato de alumínio ou cloreto de alumínio uniformemente, ajustar o valor de pH da solução misturada para formar uma camada de revestimento na superfície do material do elétrodo positivo e, finalmente, gerar um material do elétrodo positivo revestido de alumina através de filtragem, lavagem, secagem e tratamento térmico.
Processo de revestimento a seco: A alumina e os materiais do elétrodo positivo podem ser misturados diretamente para formar uma camada de revestimento rugosa na superfície do material do elétrodo positivo. Embora não seja possível obter um revestimento uniforme na superfície do material do elétrodo positivo, tem ainda assim um efeito positivo na melhoria do desempenho eletroquímico do material do elétrodo positivo.
Método de pulverização catódica: O método de pulverização catódica utiliza iões Ar+ para bombardear o material alvo (Al), de modo a que os átomos de Al sejam pulverizados e depositados na superfície do material do elétrodo positivo.
Tecnologia de deposição de camada atómica (ALD): Utilizando trimetilalumínio e outros materiais como fonte de alumínio, o óxido de alumínio é revestido na superfície do material do elétrodo positivo. A espessura pode ser controlada com precisão, e o aumento da espessura do revestimento é conseguido aumentando o número de ciclos de ALD.