ұнтақтар

Порошки: ұнтақтардың жан-жақты барлауы – құрамы, қасиеттері, қосымшалары және одан тыс

I. Ұнтақты материалдардың негіздері

1.1 Ұнтақтарды анықтау: микроскопиялық перспектива

Өзегінде ұнтақтар, өзектермен, майдалап тұрған қатты затпен сипатталатын жағдайды білдіреді. Жаппай қатты заттардан айырмашылығы, ұнтақтар олардың кең беткі аумақтарымен және интерпартиямен өзара әрекеттесулерімен ерекшеленетін ерекше қасиеттерге ие. Ұнтақ ішіндегі жекелеген бөліктер «бөлшектер» деп аталады және олардың мөлшері, пішіні және бетінің сипаттамалары тұтқаның макроскопиялық мінез-құлқына түбегейлі әсер етеді.

1.1.1 Бөлшектердің мөлшері және таралуы:

Микроометрлермен (мкм) немесе нанометрлермен (NM) өлшенетін бөлшектердің мөлшері ұнтақтың ең маңызды сипаттамасы болып табылады. Ол ағын, дисперстер, беткі аймақ және реактивтілік сияқты қасиеттерді талап етеді. Көбінесе графикалық түрде графикалық түрде графикалық түрде ұсынылған гистограмма немесе жинақталған тарату функциясы, ұнтақ ішіндегі және олардың салыстырмалы көп бөлігінде орналасқан бөлшектердің мөлшерін сипаттайды. Бөлшектердің мөлшерін бөлудің жалпы дескрипторлары мыналарды қамтиды:

• Бөлшектердің орташа мөлшері (D50): Бөлшектердің 50% -ы кішірек, ал 50% үлкенірек бөлшектердің мөлшері.
• SPAN: D90 және D10 ретінде есептелген бөлшектердің мөлшерін бөлудің ені (D90 және D50), мұнда D90 және D10 бөлшектердің мөлшерін ұсынады, онда бөлшектердің 90% және 10% -ы кішірейеді.
• Біркелкілік: Ұнтақ ішіндегі бөлшектердің өлшемдеріндегі ұқсастықтың сапалы дескрипторы. Біркелкі ұнтақ тар бөлшектердің тар бөлінуі бар.

1.1.2 Бөлшектердің пішіні және морфология:

Бөлшектердің пішіні, сферикалық, аспект коэффициенті және беткі құрылым сияқты факторлар ұнтақ қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Бөлшектердің жалпы пішіндеріне сфералық, бұрыштық, қабыршақ тәрізді және талшықты. Морфология бетінің ерекшеліктері мен кеуекті, тығыз, кристалды немесе аморфты болуы мүмкін бөлшектердің ішкі құрылымы мен ішкі құрылымын білдіреді.

• Сористикалық: Бөлшектің қаншалықты жақын сфераға ұқсайтындығы. Сфералық бөлшектер, әдетте, тұрақты емес пішінді бөлшектермен салыстырғанда өте жақсы және орау тығыздығы жақсы көрінеді.
• Көрсеткіш қатынасы: Нүктенің ең ұзын өлшемінің оның қысқа өлшеміне қатынасы. Жоғары арақатынастықтың арақатынасы (мысалы, талшықтар) композициялық материалдардың беріктігі мен арматурасын арттыруға ықпал етуі мүмкін.
• Беттік құрылымы: Бөлшектердің бетінің кедір-бұдырлығы немесе тегістік. Дөрекі беттер партиялы үйкелісті ұлғайта алады және адгезияны жақсартады.

1.1.3 Беткі және жер үсті энергиясы:

Ұнтақтың беткі ауданы – қоршаған ортаға ұшыраған барлық бөлшектердің беттерінің жалпы ауданы. Ұнтақтардың беттік-дыбыс деңгейінің арқасында, адсорбция, катализ және сулану сияқты беттік құбылыстардың арқасында өте маңызды. Беттік энергиясы, беттік атомдармен немесе молекулалармен байланысты артық энергия мөлшері, бөлшектердің агломератқа үрдісін қоздырады және олардың бетінің ауданын азайтады.

• Нақты жері: Ұнтақ массасының бірлігіне, әдетте M² / g-де көрсетілген.
• Ставкалар теориясы: Brunauer-Emmett-Transer (Bet) теориясы – бұл ұнтақтардың бетіне газдың (мысалы, азот) адсорбциясын өлшеу арқылы ұнтақтардың беттік аймағын анықтаудың кеңінен қолданылатын әдісі.

1.2 Үшікші күштер және ұнтақ ағыны

Ұнтақтардың мінез-құлқына бөлшектердің әртүрлі өзара әрекеттесуінен туындайтын интерпаср күштеріне қатты әсер етеді. Бұл күштер біртұтас және кедей ағынға әкелуі немесе ағынды жақсартуға және жақсартуға ықпал етуі мүмкін.

1.2.1 Ван дер-Вааль күштері:

Бұл әлсіз, қысқа қашықтықтағы тартымды күштер, олар атомдар мен молекулалардың электрондық бұлттарындағы ауытқулардан туындайды. Олар әрқашан белгілі бір дәрежеде қатысады және бөлшектердің мөлшері азаяды.

1.2.2 Электростатикалық күштер:

Бұл күштер бөлшектер беттеріндегі электр зарядының жиналуынан пайда болады. Олар зарядтың белгісіне байланысты тартымды немесе ренішті бола алады. Электростатикалық зарядтау бөлшектер арасындағы үйкеліс салдарынан пайда болуы немесе басқа беттермен байланысуы мүмкін.

1.2.3 Капиллярлық күштер:

Бұл күштер бөлшектер арасындағы сұйық көпірлердің болуынан, әдетте, ылғал мен қалдық еріткіштерге байланысты болады. Капиллярлық күштер әсіресе күшті және ұнтақ ағынына айтарлықтай кедергі келтіруі мүмкін.

1.2.4 Механикалық жабылу:

Тұрақты түрде пішінді бөлшектер бір-бірімен байланысып, олардың қозғалысына кедергі келтіріп, ағынды азайтуы мүмкін.

1.2.5 Ұнтақты ағындылық:

Ұнтақтың ағуы ұнтақты ауырлық күшіне немесе қолданбалы күштің әсерінен түсетін жеңілдікке жатады. Бұл көптеген қосымшаларда, соның ішінде фармацевтикалық өндіріс, тамақ өнімдерін өңдеу және қоспалар өндірісі маңызды параметр. Ұнтақтың ағынына әсер ететін факторлар мыналарды қамтиды:

• Бөлшектердің мөлшері мен пішіні: Кішігірім және тұрақты емес бөлшектер породания күштері мен механикалық жабылуының артуына байланысты кедей ағынға бейім.
• Ылғалдылығы: Ылғалдылықтың жоғарылауы капиллярлы көпірлердің пайда болуына байланысты ағып кетеді.
• Мүгеділігі: Бөлшектердің бір-біріне бейімділіктің өлшемі. Жоғары деңгейлі ұнтақтар өте ағып жатқандығын көрсетеді.
• Жаппай тығыздығы және тығыздығы тығыздығы: Жаппай тығыздық – бұл бірліктің бірлігінің массасы, біршама оралған күйде, ал тектес тығыздық – ұнтақ дірілделген немесе бөлшектерді қоныстанғаннан кейін тығыздық болып табылады. Хаузнер коэффициенті (тығыздық пен тығыздық пен тығыздық) және вагон индексі (100 * (тығыздық тығыздығы – тығыздық тығыздығы) / тістелген тығыздық) негізінен ұнтақ ағынының көрсеткіштері қолданылады. Жоғары мәндер әдетте кедей ағындылықты көрсетеді.

Ii. Ұнтақты өндіріс әдістері

Ұнтақты өндіру үшін қолданылатын әдіс бөлшектердің мөлшері, пішіні, морфологиясы және тазалығын да айтарлықтай әсер етеді. Әр түрлі материалдар мен қосымшаларға сәйкес келетін көптеген әдістер бар.

2.1 Механикалық әдістер:

Бұл әдістер көлемді материалдарды аз бөлшектерге физикалық қысқартуды қамтиды.

2,1 фрезерлеу:

Фрезерлеу – бұл заттарды ұнтақтарға ұнтақтау немесе ұсақтау үшін механикалық күш қолданатын жалпы әдіс. Диірмендердің әртүрлі түрлері бар, соның ішінде:

• Доп диірмендері: Материалды әсер ету және ұнтақтау үшін цилиндрлік камерадағы айналмалы шарларды қолданыңыз.
• Балғалар диірмендері: Материалды стационардан шығаратын бұрылатын балғаларды қолданыңыз.
• Реактивті диірмендер: Бөлшектерді бір-біріне қарсы соқтығысу үшін жоғары жылдамдықты газ ағындарын қолданыңыз, оларды сындыруға мәжбүр етеді.
• Планетарлық шар диірмендері: Жоғары соққы энергиясы мен майлы бөлшектердің мөлшеріне қол жеткізу үшін планеталық қозғалысты қолданыңыз.

2.1.2 ҰҚК:

Өлшемді азайту процестерінің жалпы мерзімі, ұнтақтау, ұсақтау және тегістеу.

2.2 Химиялық әдістер:

Бұл әдістердің химиялық реакцияларды жатады немесе олардың шешімдерінен немесе газ тәрізді прекурсорлардан тікелей синтездеу немесе синтездеуге жатады.

Жауын-шашын:

Ерітіндіден алынған қатты өнімнің (тұнбасын) қалыптастыруды қамтиды. Температура, рН, концентрация және араластыру деңгейі сияқты бөлшектердің мөлшері мен морфологиясын реттеуге болады.

2.2.2 Сол гельді өңдеу:

Sol (коллоидтық бөлшектердің тұрақты дисперсиясын) қамтитын процесс, содан кейін гелация (үш өлшемді желіні қалыптастыру). Содан кейін гельді кептіруге болады және ұнтақ шығару үшін калькуляциялануға болады. Сол гельді өңдеу ұнтақтың құрамы мен микроқұрылымын дәл бақылауға мүмкіндік береді.

2.2.3 Химиялық будың тұнбасы (CVD):

Газ тәріздес болатын прекурсорлар жылытылатын субстратқа жұқа пленка немесе ұнтақ қалыптастыру үшін реакциясы бар процесс. CVD-ді бақыланатын құрамы мен морфологиясы бар жоғары тазалық ұнтақтарды өндіруге болады.

2.2.4 Спрей пиролизі:

Сұйық препаратқа бүріккіш бар және жоғары температуралы пештен өтіп бара жатқан процесс. Еріткіш буланады, ал ерітінді ұнтақ қалыптастыру үшін ыдырайды немесе реакция жасайды.

2.3 Физикалық әдістер:

Бұл әдістерге маңызды химиялық реакцияларсыз материалдарды физикалық түрлендірулер жатады.

2.3.1 Атомизация:

Балқытылған материал жақсы тамшыларға бөлінетін процесс, содан кейін ұнтақты бөлшектерге салыңыз. Аттестаттаудың жалпы әдістері мыналарды қамтиды:

• Газды атомизация: Металлды сындыру үшін жоғары жылдамдықты газ ағынын қолданады.
• Суды атомизация: Балқытылған металды сындыру үшін жоғары жылдамдық су ағынын қолданады.
• Плазмалық атомизация: Матерлеу үшін плазмалық алауды қолданады және материалды атомды.

2.3.2 Мұздатуды кептіру (лиофилизация):

Ерітінді қатып, содан кейін вакуумға ұшырайды, егер еріткішті қатты күйден лақтыра отырып. Мұздату Кептіру көбінесе жылу сезімтал материалдардың ұнтақтарын шығару үшін қолданылады.

2.3.3 Электроспининг:

Зарядталған сұйық реактивті ағынды сулар саптамадан электр өрісімен сызылған процесс, нәтижесінде талшықтар пайда болады. Содан кейін бұл талшықтарды ұнтақтарға бөлуге болады.

Iii. Ұнтақты сипаттау әдістері

Ұнтақтың қасиеттерін сипаттау оның мінез-құлқын түсіну және оның әр түрлі қосымшалардағы жұмысын болжау үшін қажет. Бөлшектердің мөлшерін, пішінін, бетінің ауданын, құрамын және басқа да тиісті қасиеттерді өлшеу үшін көптеген әдістер қол жетімді.

3.1 Бөлшектердің мөлшерін талдау:

3.1.1 Лазер дифракциясы:

Ұнтақтан өткен лазер сәулесінің дифракциялық үлгісін талдай отырып, бөлшектердің мөлшерін өлшейтін кең таралған әдіс. Ол 0,1 мкм диапазонында бірнеше миллиметрге дейін бөлшектерге жарамды.

3.1.2 Динамикалық жарық шашырауы (DLS):

Сондай-ақ, фотон корреляциялық спектроскопиясы (PCS), DLS ретінде белгілі, DLS олардың мөлшерін бөлуді анықтау үшін сұйық суспензиядағы бөлшектердің кроуниялық қозғалысын өлшейді. Бұл әсіресе нанобөлшектердің мөлшерін өлшеуге жарамды.

3.1.3 SEARE талдауы:

Біртіндеп кішігірім саңылаулары бар бірқатар арқандар арқылы ұнтақты бірқатар сүзгілерден өтуді қамтитын қарапайым және арзан әдіс. Әр електен сақталған ұнтақтың массасы бөлшектердің мөлшерін бөлуді анықтау үшін қолданылады.

3.1.4 Микроскопия:

Оптикалық микроскопия, сканерленген оптикалық микроскопия, сканерленген микроскопиялық әдістер (SEM), ал беріліс электронды микроскопия (TEM), бөлшектердің мөлшерін, пішінді және морфологияны тікелей байқауға мүмкіндік береді.

3.2 беткі және кеуектілікті талдау:

3.2.1 Беткі аймақты талдау:

Жоғарыда айтылғандай, ставка әдісі оның белгілі бір беттік аймағын анықтау үшін бензиннің (әдетте азот) адсорбциясын өлшейді.

3.2.2 Меркурий поросиметриясы:

Меркурийдің кеуекті материалдың кеуекті мөлшерін бөліп, қысымның жоғарылауымен күшейтетін әдіс.

3.3 Химиялық композицияны талдау:

3.3.1 рентгендік дифракция (XRD):

Кристалды құрылымды және материалдың құрамын анықтау үшін рентген мөлшерін қолданатын әдіс.

3.3.2 рентген-флуоресценция (XRF):

Материалдың элементтік құрамын анықтау үшін рентген мөлшерін қолданатын әдіс.

3.3.3 Индуктивті байланысқан плазмалық массалық спектрометрия (ICP-MS):

Плазмадағы үлгіні иондау, содан кейін иондардың массалық қатынасын өлшеу арқылы материалдың элементарлық құрамын өлшейтін жоғары сезімтал әдіс.

3.4 Ұнтақты ағынның сипаттамасы:

3.4.1 Қойманың бұрышы:

Көлденеңі бар ұнтақ қадасының бетіне құралған бұрыш. Репозаның төменгі бұрышы, әдетте, ағындылықты көрсетеді.

3.4.2 Hausner қатынасы және карта индексі:

Жоғарыда айтылғандай, бұл ұнтақдың тығыздығына негізделген ұнтақ ағынының индикаторлары.

3.4.3 ығысу жасушаларының тестілеуі:

Оның ағынын бағалау үшін түрлі жағдайда ұнтақтың ығысу күшін өлшейтін әдіс.

Iv. Ұнтақтардың өтінімдері

Ұнтақтар түрлі салалардағы кеңейтілген қосымшаларда қолданылады, соның ішінде:

4.1 Фармацевтика:

• Планшеттер мен капсулалар: Ұнтақтар – бұл көптеген қатты мөлшердегі формадағы негізгі ингредиент.
• Ингаляторлар: Өкпе жеткізіліміне арналған есірткі тасымалдаушылары ретінде ұнтақтар қолданылады.
• Өзекті кремдер мен жақпа: Ұнтақтар белсенді ингредиенттер немесе қосымша заттар ретінде қолданылады.

4.2 Тағамдар мен сусындар:

• Жедел кофе мен шай: Ұнтақтар оңай қайта құру үшін қолданылады.
• Сүт ұнтағы: Сүттің ыңғайлы және сөресі.
• Дәмдеуіштер және дәмдеуіштер: Ұнтақтар тамақ өнімдеріне хош иіс пен хош иіс береді.
• Азық-түлік қоспалары: Ұнтақтар қалыңдатқыштар, тұрақтандырғыштар және консерванттар ретінде қолданылады.

4.3 Косметика және жеке күтім өнімдері:

• Ұнтақты макияж: Кемшіліктерді жабу және жылтырды бақылау үшін қолданылады.
• Тіс пастасы: Құрамында тістерді тазартуға арналған абразивті ұнтақтар бар.
• Күн қорғанысы: Құрамында ультрафиолет сәулесін сіңіретін немесе көрсететін ұнтақтар бар.

4.4 Керамика және материалдар туралы ғылым:

• Керамикалық компоненттер: Ұнтақтар керамикалық бөлшектерді басу және біріктіру арқылы мәжбүрлеу үшін қолданылады.
• Ұнтақты металлургия: Металл ұнтақтарын басу арқылы металл бөлшектерді дайындау процесі.
• Композиттік материалдар: Ұдақтар құрама материалдардағы толтырғыш немесе арматуралық агенттер ретінде қолданылады.
• Жабу: Ұнтақтар қорғаныс немесе сәндік жабындар жасау үшін қолданылады.

4.5 Ауыл шаруашылығы:

• Тыңайтқыштар: Ұнтақтар өсімдіктерге қажетті қоректік заттармен қамтамасыз етеді.
• Пестицидтер және гербицидтер: Ұнтақтар зиянкестер мен арамшөптерді басқару үшін қолданылады.

4.6 Қосарланған өндіріс (3D басып шығару):

• Селективті лазерді қысқыш (SLS): Үш өлшемді объектіні жасау үшін ұнтақты пайдаланатын ұнтақты суару үшін лазерді қолданатын процесс.
• Селективті лазерлік балқыту (SLM): SLS-ке ұқсас, бірақ лазер ұнтақ бөлшектерін толығымен ерітеді.
• Электронды сәулелер балқыту (ДМ): Ұнтақ бөлшектерін еріту және сақтау үшін электронды сәулені қолданады.
• Биндерде деталь: Ұнтақ бөлшектерін бір-біріне іріктеп байланыстыратын сұйық байланыстырғышты қолданады.

4.7 Басқа қосымшалар:

• Катализ: Қолдар химиялық реакцияларды тездету үшін катализаторлар ретінде қолданылады.
• Пигменттер мен бояғыштар: Ұнтақтар түрлі материалдарға түсін тарату үшін қолданылады.
• Абразивтер: Ұнтақтар ұнтақтау, жылтырату және кесу үшін қолданылады.
• Жарылғыш заттар: Қосалқы заттар жарылғыш заттардағы энергетикалық материалдар ретінде қолданылады.
• Фильтрация: Бөлшектерді сұйықтықтардан немесе газдардан алып тастау үшін ұнтақтар сүзгі құралдары ретінде пайдаланылады.

V. Жетілдірілген ұнтақ технологиялары

5.1 Наноматериалдар және наноовтерлер:

Нанопопардтар – нанометр диапазонында бөлшектердің өлшемдері бар ұнтақтар (1-100 нм). Олар кванттық механикалық әсерлер мен бетінің жоғары аймағына байланысты ерекше қасиеттерге ие. Нанопопарлистердің қосымшаларына мыналар кіреді:

• Есірткіні жеткізу: Нанобөлшектерді есірткіні мақсатты жасушалармен немесе тіндерге тікелей жеткізу үшін пайдалануға болады.
• Катализ: Нанобөлшектер жоғары бетінің арқасында жетілдірілген каталитикалық белсенділікті көрсетті.
• Электроника: Нанобөлшектер сенсорлар мен транзисторлар сияқты электрондық құрылғыларда қолданылады.
• Косметика: Нанобөлшектер күн қорғанысы мен басқа косметикалық өнімдерде қолданылады.

5.2 Ұнтақтардың үстіңгі модификациясы:

Беттік модификация дисперстердің, ағынның немесе реактивтілігін арттыру үшін ұнтақ бөлшектердің беттік қасиеттерін өзгертуді қамтиды. Жалпы асты модификациялау әдістері:

• Қаптау: Бөлшектер бетіне басқа материалдардың жұқа қабатын қолдану.
• Химиялық егу: Молекулаларды бөлшектер бетіне бекіту.
• Плазмалық емдеу: Плазманы пайдаланып бөлшектердің беттік химиясын өзгерту.

5.3 Ұнтақты тығыздау және біріктіру:

Бұл қатты заттарға ұнтақтарды шоғырландыру үшін қолданылатын процестер. Сығымдау оның тығыздығын арттыру үшін ұнтақтың қысымын қолдануды қамтиды, ал қысылу бөлшектердің арасындағы тығыздалған ұнтақты жоғары температураны жоғары температураға дейін қыздыруды қамтиды.

5.4 Ұнтақты өңдеу және қауіпсіздік:

Қауіпсіз ұнтақтар қауіпсіздік мәселелерін мұқият қарауды қажет етеді, өйткені көптеген ұнтақтар жанғыш, жарылғыш немесе улы болып табылады. Дұрыс желдету, жеке қорғаныс құралдары және шаңды бақылау шаралары қажет.

Vi. Ұнтақты технологиядағы болашақ тенденциялар

• Бөлшектердің мөлшерін, пішіні мен құрамын көбірек бақылауға мүмкіндік беретін жаңа ұнтақты өндіріс әдістерін жасау.
• Ұнтақтардың мінез-құлқын болжау және ұнтақты өңдеу параметрлерін оңтайландыру үшін есептеу моделін қолдану.
• Нанотехнология, биотехнология және энергияны сақтау сияқты дамып келе жатқан салалардағы ұнтақтарға жаңа қосымшаларды әзірлеу.
• Тұрақты ұнтақты өндіруге және өңделетін тәжірибеге назар аудару.
• Ұнтақты сипаттау әдістері ұнтақ қасиеттері туралы толығырақ және нақты ақпарат беру.

Бұл ұнтақтарды жан-жақты зерттеу тақырыптардың кең спектрін, ұнтақтардың іргелі қасиеттерінен олардың әр түрлі қосымшаларына және болашақ тенденцияларына дейін қамтиды. Толық ақпарат деңгейі тақырыпты мұқият түсінуге арналған.