作者雷立猛
德國(guó)PuhlerGroup,派勒國(guó)際控股集團(tuán)-廣州派勒機(jī)械設(shè)備有限公司亞太區(qū)銷售總監(jiān)
納米科技是本世紀(jì)科技發(fā)展的重要技術(shù)領(lǐng)域藉由納米科技之發(fā)展將創(chuàng)造另一波技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)革命其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛遍及電子產(chǎn)業(yè)光電產(chǎn)業(yè)醫(yī)藥生化保健品產(chǎn)業(yè)化織產(chǎn)業(yè)建材產(chǎn)業(yè)屬產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),等截至2009-10-26號(hào)筆者參加完2009第八屆中國(guó)國(guó)際納米科技（湘潭）研討會(huì)筆者發(fā)表完《納米粉體之超細(xì)納米研磨技術(shù)交流》后收到很多行業(yè)資深人士的來信來電就納米研磨設(shè)備的介紹到如此次文章發(fā)表如何將分散劑納米研磨機(jī)配方工藝更好的結(jié)合起來繼之后再次發(fā)現(xiàn)更多新型納米行業(yè)領(lǐng)域與我司之PHN超細(xì)納米研磨設(shè)備在其產(chǎn)品中的應(yīng)用暫不一一列舉不論其應(yīng)用之領(lǐng)域如何所需要用的材料均為次微米或納米級(jí)細(xì)度的材料如何得到納米級(jí)的粉體及如何將納米級(jí)的材料於適當(dāng)?shù)慕缑娓馁|(zhì)后成功地應(yīng)用到其最終的產(chǎn)品已成為目前產(chǎn)經(jīng)及學(xué)術(shù)界共同之研究課題本文將介紹如何將量身打造的潤(rùn)濕分散劑利用超細(xì)納米研磨機(jī)為工具將其包覆在納米粉體表面上做一適當(dāng)之改質(zhì)以期得到穩(wěn)定且納米化的最終產(chǎn)品
關(guān)鍵詞
轉(zhuǎn)化技術(shù)Convertingtechnology納米微粒的分散nanoparticledispersing分散dispersing派勒PHN超細(xì)納米珠磨機(jī)highspeedagitatedbeadsmillofPHNNanosystem
引言
筆者從事德國(guó)公司研磨機(jī)銷售業(yè)務(wù)數(shù)年且已曾受邀在國(guó)內(nèi)大專院校﹑工研院﹑中科院及國(guó)內(nèi)外企業(yè)針對(duì)新一代高效率納米研磨的現(xiàn)況及發(fā)展主題演講并已規(guī)劃過數(shù)百多個(gè)案例在國(guó)內(nèi)外已銷售數(shù)百工廠實(shí)績(jī)其主要應(yīng)用領(lǐng)域可以1998年為區(qū)分點(diǎn)隨著3C產(chǎn)品之輕薄短小化及納米細(xì)度材料應(yīng)用之白熱化如何將超威細(xì)研磨技術(shù)應(yīng)用于納米材料之制作及分散研磨已成為當(dāng)下之重要課題1998年以前企業(yè)界所面臨的問題為如何提高分散研磨效率以降低勞力成本如染料﹑涂料﹑油漆油墨﹑鉛筆食品等產(chǎn)業(yè)而1998年以后產(chǎn)業(yè)技術(shù)瓶頸則為如何得到微細(xì)化（納米化）材料及如何將納米化材料分散到最終產(chǎn)品里如光電業(yè)TFTLCD﹑Jetink﹑磁性材料﹑保健品﹑生物制藥和細(xì)胞破碎﹑氧化物﹑納米材料﹑電子產(chǎn)業(yè)﹑光電產(chǎn)業(yè)﹑醫(yī)藥生化產(chǎn)業(yè)﹑化纖產(chǎn)業(yè)﹑建材產(chǎn)業(yè)﹑金屬產(chǎn)業(yè)﹑肥皂皮革電子陶瓷導(dǎo)電漿料膠印油墨紡織品生物制藥噴繪油墨芯片拋光液細(xì)胞破碎化妝品噴墨墨水陶瓷噴墨金屬納米材料塑料材料特種納米航空材料等行業(yè)
目前各大陶瓷生產(chǎn)企業(yè)紛紛推出別具特色的陶瓷噴墨打印產(chǎn)品尤其是凹凸面的高清晰噴墨打印陶瓷磚令人耳目一新毫無疑問噴墨打印技術(shù)的春天已經(jīng)到來!雖然陶瓷噴墨打印技術(shù)在我國(guó)只有幾年的發(fā)展歷史還存在著一些技術(shù)性的問題拉線燒成后發(fā)色不穩(wěn)定明亮的紅色墨水不能制備成本的問題噴頭墨水的核心技術(shù)在外國(guó)企業(yè)手中導(dǎo)致噴頭墨水偏高新商業(yè)模式的問題新產(chǎn)品管理制度還需要突破陶瓷噴墨打印設(shè)計(jì)和研發(fā)體系尚未成熟針對(duì)大批采購的個(gè)性化供應(yīng)鏈體系尚未成形等隨著博今科技道氏制釉明朝科技金鷹色料萬興色料等國(guó)產(chǎn)墨水企業(yè)對(duì)于陶瓷墨水品質(zhì)的不斷提升隨著泰威美嘉精陶等噴墨打印機(jī)企業(yè)已經(jīng)掌握了除噴頭外的機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)軟件系統(tǒng)噴墨打印技術(shù)將在中國(guó)這一全球最大市場(chǎng)獲得更大范圍的應(yīng)用但噴墨的研磨最終細(xì)度和穩(wěn)定成了所有生產(chǎn)企業(yè)所面臨的一大難題在技術(shù)方面除了拉線發(fā)色的問題以外筆者參加了廣州5月份的國(guó)際陶瓷工業(yè)展后認(rèn)為噴墨的多功能化噴墨打印快速化噴墨技術(shù)與薄板更好的結(jié)合墨水固含量的提高膠狀化學(xué)物質(zhì)的均勻分布及穩(wěn)定性的提升水性陶瓷墨水的研制模具的設(shè)計(jì)和使用也是今后的發(fā)展方向
針對(duì)現(xiàn)在陶瓷噴墨行業(yè)產(chǎn)品顏色品種多批量大產(chǎn)品不容易研磨大家可以對(duì)納米研磨機(jī)的型號(hào)進(jìn)選擇以下為PUHLER派勒最新推出針對(duì)現(xiàn)在陶瓷噴墨行業(yè)產(chǎn)品顏色品種多批量大產(chǎn)品不容易研磨大家可以對(duì)納米研磨機(jī)的型號(hào)進(jìn)選擇針對(duì)現(xiàn)在陶瓷噴墨行業(yè)產(chǎn)品顏色品種多批量大產(chǎn)品不容易研磨派勒集團(tuán)推出了研磨腔體為0.5L6L10L25L60L150L1200L多型號(hào)納米砂磨機(jī)第二代PHESupermaxFlow1200超大型臥式超細(xì)砂磨機(jī)及制造部同事合影
不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)提升研磨效率求快或是高科技產(chǎn)業(yè)納米化材料求細(xì)需求污染控制都同樣重要所以細(xì)﹑快﹑更少污染已成為新一代分散研磨技術(shù)最重要的課題
本文將針對(duì)納米級(jí)研磨的現(xiàn)況及發(fā)展﹑納米級(jí)分散研磨技術(shù)的原理﹑納米級(jí)研磨機(jī)的構(gòu)造﹑現(xiàn)有設(shè)備的來源﹑應(yīng)用實(shí)例及注意事項(xiàng)﹑結(jié)論及建議等六大主題加以探討
1.納米粉體在市場(chǎng)上應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展
納米微粒粒子應(yīng)用范圍的廣及其潛在市場(chǎng)的大是大家不可否認(rèn)的事實(shí)依據(jù)USNSFNationalScienceFoundation之預(yù)測(cè)在2010-2015
前納米粉體的潛在市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)3,400億美提升產(chǎn)品的價(jià)值及性能其應(yīng)用的領(lǐng)域諸如涂料油墨塑膠樹脂功能性色膏陶瓷粉等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的納米化又有人想利用納米材料的特性開發(fā)出消費(fèi)性新產(chǎn)品如光學(xué)膜光觸媒保健品醫(yī)藥等產(chǎn)品納米科技可說是產(chǎn)業(yè)的另一次大革命!
然而盡管US-NSF大膽地預(yù)測(cè)納米市場(chǎng)的潛在規(guī)模如此大同時(shí)美日德等國(guó)家亦已投入相當(dāng)大之人力物力來開發(fā)納米粉體的應(yīng)用（如德國(guó)Degussa公司開發(fā)納米級(jí)之SiO2,.等）然而在2003中全世界的納米陶瓷粉的產(chǎn)值僅為1.5億美金與預(yù)測(cè)值相距太遠(yuǎn)!其原因不外乎如下:
1.1價(jià)值鏈差:
納米粉體仍無法成功地被應(yīng)用于量產(chǎn)階段其主要原因?yàn)樯a(chǎn)者尚未將傳統(tǒng)工業(yè)于納米化時(shí)掌握住所有制程的轉(zhuǎn)化條件其中包括工藝配方的設(shè)計(jì)納米粉體的前處理納米粉體的轉(zhuǎn)化條件等尤其是納米粉體因凡得瓦爾要成功地將傳統(tǒng)工業(yè)納米化首先要了解的關(guān)鍵技術(shù)即是如何先將納米粉體適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)化使其在添加到下一個(gè)界面后仍為納米粒子沒有團(tuán)聚的現(xiàn)象產(chǎn)生說到這里大家不難了解為何至今仍有那么多納米粉體無法成功地被應(yīng)用其主要原因?yàn)槭忻嫔洗蟛糠值募{米粉體皆尚未被適當(dāng)?shù)馗馁|(zhì)因此無法直接使其成功地被應(yīng)用到納米產(chǎn)品的開發(fā)與制造
到今日為止市面上至少有200種納米產(chǎn)品已被開發(fā)出來可惜的是大部分的粉體如inkjetSiO2Al2O3TiO2ZrO2及ATOITO等粉體皆尚未被依需求而量身打造地改質(zhì)所以無法成功地被應(yīng)用同時(shí)至少有成千上萬之企業(yè)想從事納米產(chǎn)品的開發(fā)但大部份的人找不到適合他們用的改質(zhì)過的粉體所以如何先將納米粉體做一適當(dāng)?shù)馗馁|(zhì)并使其可以成功地應(yīng)用到產(chǎn)品端將是從事納米科技的人不可不學(xué)的課程!
1.2納米粉體需要因不同的應(yīng)用而加以改質(zhì):
目前市面上已有多家的化學(xué)品公司及新成低!
PUHLER派勒公司為了幫客戶解決上述問題自2003起已與德國(guó)新材料開發(fā)中心從事納米研究的專家合作并將設(shè)備與工藝進(jìn)行同步調(diào)整和研發(fā)新機(jī)型請(qǐng)參閱上圖一所示負(fù)責(zé)幫客戶開發(fā)并量身打造所需的表面改質(zhì)分散劑提供幫客戶完整的服務(wù)使想從事納米材料應(yīng)用的客戶可以心想事成!
2.界面改質(zhì)技術(shù)的概念
2.1化學(xué)機(jī)械制程:
在導(dǎo)入界面改質(zhì)技術(shù)概念前先前大家可利用三輥研磨分散機(jī)珠磨機(jī)攪拌磨等分散研磨設(shè)備將材料分散研磨到微米或次微米級(jí)但卻很難達(dá)到納米級(jí)的細(xì)度!其主要原因?yàn)橐坏┎牧系念w粒大小被機(jī)械不下來!
為解決此問題我們?cè)诖私榻B一個(gè)非常有效的方法-化學(xué)機(jī)械制程法此制程的主要概念如下圖一所示將量身打造好之界面改質(zhì)劑利用高速攪拌珠磨機(jī)highspeedagitatedbeadsmill為工具將納米粉體做適當(dāng)之界面改質(zhì)以避免納米粉體之再凝聚一直分散研磨到粒徑達(dá)到要求為止

圖1設(shè)備的發(fā)展develop of Wet grinding mill

圖2:研磨原理grindingmillprinciple

2.2以攪拌磨機(jī)當(dāng)反應(yīng)器
在使用化學(xué)機(jī)械制程法時(shí)攪拌磨機(jī)于納米粉體的分散研磨及表面改質(zhì)的過程中
提供及比能量值specificenergy利用串聯(lián)循環(huán)研磨操作工藝流程模式circulationoperationmode來做分散研磨及界面改質(zhì)之工作研磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將自動(dòng)停機(jī)如此可以確保研磨品質(zhì)之均一性

圖3:串聯(lián)研磨工藝wetgrindingofseriesprocess

由過去的經(jīng)驗(yàn)得知在分散或研磨納米粉體的漿料時(shí)到一次粒徑的大小
2.3化學(xué)界面改質(zhì)劑的設(shè)計(jì):
一般處理漿料表面的方法有藉由復(fù)雜交互作用的問題:
1.固成分大幅低一般為35%wt以下
2.漿料的粘度因而提高,不利研磨機(jī)內(nèi)小磨球的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致最后的粒徑細(xì)度不下來
3.粉體容所示）,所選用的界面改質(zhì)劑為低分子量的有機(jī)酸之官能機(jī)

圖4:界面改質(zhì)劑選用的法則與范exempliofdispersantchoice

原則上所選用的界面改質(zhì)劑同時(shí)具有下列二個(gè)功能機(jī)一個(gè)官能機(jī)被設(shè)計(jì)來接到
納米粉體表使納米粉體表面產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定相以避免粉體之再凝聚產(chǎn)生另一個(gè)官能機(jī)之設(shè)計(jì)乃根據(jù)日后該納米粉體所計(jì)量被添加之界面Matrix而定以避免不相容之現(xiàn)象發(fā)生因?yàn)楸窘缑娓馁|(zhì)制程所采用的工具為濕法分散納米研磨設(shè)備所以所選用的界面改質(zhì)劑需能與所使用之溶劑相容盡管所選用之界面改質(zhì)劑之分子量很小但仍可在納米粒子表面產(chǎn)生2~5nm厚之要求:
1.固成分可以大大提高到35~45%以上
2.粒徑可以如10nm左右
3.漿料的粘滯性不再受粒子粒徑下之影響而急速上升
4.粉體將不產(chǎn)生再凝聚之現(xiàn)象即使添加到后段之制程仍為納米粒子
2.4應(yīng)用實(shí)例:
（如下圖5所示）納米之氧化鋯粉體一次粒徑小於10nm左圖為尚未經(jīng)過改質(zhì)前之納米氧化鋯粉體因產(chǎn)生凝聚之現(xiàn)象所以仍無法被應(yīng)用於后段之加工右圖為該粉體經(jīng)由本文所介紹的化學(xué)機(jī)械法改質(zhì)后90%的粉體粒已小於30nm此改質(zhì)后的納米氧化鋯粉體可以容
I.電子顯微鏡TEM下之氧化鋯ZrO2左邊之照片為未經(jīng)改質(zhì)前
II.電子顯微鏡TEM下之氧化鋯ZrO2右邊之照片為改質(zhì)后
III.下方之樣品為40%之氧化鋯於研磨分散123456及7小時(shí)候之情形.
圖5:於電子顯微鏡TEM下之氧化鋯ZrO2左邊之照片為未經(jīng)改質(zhì)前右邊之照為改質(zhì)后比:50nm.

圖5

另一個(gè)應(yīng)用實(shí)!

圖6:矽溶膠colloidal silicacolloidal silica之粒徑分佈,D90< 12 nm

圖7:涂料添加納米二氧化矽后與光穿透越低

3.結(jié)論
隨著政府大力地倡導(dǎo)及推廣納米科技的技術(shù)及應(yīng)用在材料上如何進(jìn)到納米尺度材料之要求將是影響到納米科技是否能夠成熟茁壯之重要因素之一由上述報(bào)告可以得知納米粉體表面界面改質(zhì)之工程如此想得到一個(gè)穩(wěn)定的納米級(jí)產(chǎn)品將不再是一個(gè)夢(mèng)想如何找到一個(gè)好的分散和納米研磨設(shè)備以克服傳統(tǒng)型研磨機(jī)研發(fā)至量產(chǎn)納米尺度材料時(shí)所可能遇到之技術(shù)瓶頸將是一大重要課題筆者相關(guān)文章有介紹新一代銷棒型渦輪納米研磨機(jī)已獲得中國(guó)專利局的發(fā)明專利此種納米研磨設(shè)備不僅可以解決傳統(tǒng)型研磨機(jī)于放大時(shí)所遇到之問題更可以大大地在量的方面提高分散研磨效率同時(shí)在質(zhì)的方面亦可以達(dá)到納米尺度材料之要求該機(jī)型已在中國(guó)各國(guó)家重點(diǎn)核心新材料領(lǐng)域及世界各國(guó)廣泛地被使用中
4.現(xiàn)有設(shè)備來源
因?yàn)榧{米級(jí)粉體研磨需使用小磨球﹑高轉(zhuǎn)速﹑高能量密度等同時(shí)亦需避免污染產(chǎn)生一般歐洲廠牌設(shè)備較適合當(dāng)然若讀者現(xiàn)已有國(guó)產(chǎn)或日制分散和研磨設(shè)備則可以以現(xiàn)有設(shè)備做粗磨工藝然后以歐洲設(shè)備做最后一階段超細(xì)納米研磨達(dá)到物盡其用的最佳應(yīng)用派勒Puhler–您的分散及納米研磨技術(shù)顧問
5.應(yīng)用實(shí)例及注意事項(xiàng)
上述原理及方法筆者已有逾百廠實(shí)績(jī)主要應(yīng)用領(lǐng)域如下
1Colorpaste/Colorfilter/TFTLCD
R﹑G﹑B﹑Y及BM已成功地分散研磨到納米級(jí)透明度需超過90%粘度控制在5-15CPS
含水率在1%以下
2Ink-jetInks
顏料型Ink-jetInks已成功地分散研磨到納米級(jí)粘度控制在5CPS以下陶瓷噴墨無機(jī)顏料型
3CMPchemicalmechanicalpolishslurry
半導(dǎo)體晶片研磨所需之研磨液粒徑已達(dá)納米級(jí)且能滿足無金屬離子析出要求
4TiOPcopticalcontact
應(yīng)用于雷射列表機(jī)光鼓上所涂布光導(dǎo)體已研磨分散到納米級(jí)
5納米級(jí)粉體研磨如TiO2﹑ZrO2﹑Al2O3﹑ZnO﹑Clay﹑CaCo3﹑可分散研磨到30nm
6納米級(jí)粉體分散如將納米粉體分散到高分子或?qū)⒓{米級(jí)粉體添加到塑膠﹑橡膠等進(jìn)行分散
7醫(yī)藥達(dá)到納米級(jí)要求且需能滿足FDA要求
8食品添加劑達(dá)到納米級(jí)之要求如β胡蘿卜素需滿足GMP要求
9電子化學(xué)品達(dá)到納米級(jí)需求且需能滿足無金屬離子析出問題
10其他特種軍工,航空納米材料
6.結(jié)論與建議
由上述可以得知大流量﹑小磨球﹑超強(qiáng)冷卻系統(tǒng)為納米級(jí)粉體研磨主要依循法則若欲滿足細(xì)﹑快﹑更少污染﹑更環(huán)保節(jié)能﹑納米級(jí)粉體研磨要求需滿足下列條件
1先認(rèn)清研磨材料之特性與要求
2根據(jù)材料特性要求找到適當(dāng)研磨機(jī)
3搭配適當(dāng)配套設(shè)備如冰水機(jī)﹑壓縮空氣機(jī)預(yù)攪拌機(jī)及移動(dòng)物料桶﹑等
4找到合適產(chǎn)品的助劑
5與上﹑下游有完善的溝通以便調(diào)整最佳配方與研磨條件提高納米粉體相容性

派勒 Puhler 5月份國(guó)際陶瓷工業(yè)展合影

作者簡(jiǎn)介
姓名:雷立猛（1978年06月）性別男
學(xué)位工學(xué)博士職務(wù)亞太區(qū)銷售總監(jiān)
主要研究方向納米粉體分散研磨技術(shù)及應(yīng)用