تعديل سطح هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة

يتمتع مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة بوظائف متعددة، منها تثبيط اللهب، وإزالة الدخان، وملء الفراغات، ويمكنه أن يُحدث تأثيرًا تآزريًا في تثبيط اللهب عند استخدامه مع الفوسفور ومواد أخرى. وهو يُعدّ مادةً مهمةً لحماية البيئة من تثبيط اللهب في صناعات الإلكترونيات، والكيماويات، والكابلات، والبلاستيك، والمطاط، وغيرها.

هيدروكسيد الألومنيوم هو نوع من مثبطات اللهب غير العضوية من نوع الحشو، ولتحقيق تأثير أفضل في تثبيط اللهب، يجب أن تكون كمية الحشو أكثر من 40٪ (الكمية الإجمالية)، بل إن بعضها يصل إلى 60٪، ولكن كمية الحشو العالية لا تؤثر فقط بشكل خطير على الخصائص الميكانيكية للمنتجات، بل تجعل أيضًا أداء البثق والمعالجة أسوأ.

لذلك، من أجل جعل مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة قابلاً للاستخدام على نطاق واسع في المواد المقاومة للهب مثل البولي أوليفين، يجب تعديل سطح مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم، وذلك لتحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسطح، وتعزيز توافق مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة مع الركيزة، والبوليمر العضوي أو الراتنج، وتشتته في الركيزة العضوية، وذلك لتحسين القوة الميكانيكية للمادة والأداء الشامل.

1. مُعدِّل سطحي شائع الاستخدام لهيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة

(1) عامل اقتران السيلان

يوجد أكثر من مئة نوع من عوامل اقتران السيلان، ويُعدّ عامل اقتران السيلان أحادي الطبقة ذو المجموعة الوظيفية الأكثر استقرارًا. يقع استقرار هذا العامل بين استقرار الفولاذ والمعادن. إضافةً إلى تحسين الخواص الميكانيكية للمنتجات، يُحسّن عامل اقتران السيلان ذو المجموعة الوظيفية أيضًا الخواص الكهربائية ومقاومة الرطوبة.

(2) عامل اقتران الزركونيوم

عامل اقتران الزركونيوم من الفئة التي تحتوي على ألومينات الزركونيوم ذات كتلة جزيئية نسبية منخفضة من البوليمر غير العضوي في السلسلة الرئيسية للجزيء على تكوين معقدات من نوعين من الوحدات الفرعية للرابطة العضوية، حيث يتمتع عامل اقتران ذو أسنان بثبات جيد للهيدروكسيل، بينما يتمتع عامل اقتران ذو أسنان أخرى بتفاعلات عضوية جيدة، كما أن مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة له تأثيرات تعديل جيدة.

(3) الأحماض الدهنية العليا وأملاحها

في التركيب الجزيئي للأحماض الدهنية العليا وأملاحها، يكون أحد طرفيها مجموعة ألكيل طويلة السلسلة، والطرف الآخر مجموعة كربوكسيل وملحها المعدني الذي يتفاعل مع المجموعات الوظيفية السطحية لهيدروكسيد الألومنيوم. معالجة مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة بالأحماض الدهنية العليا وأملاحها تُحسّن من التجاذب بين مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة وجزيء البوليمر، مما يُحسّن الخواص الميكانيكية وخواص التصنيع للمنتج.

(4) الأحماض العضوية غير المشبعة

الأحماض العضوية غير المشبعة الشائعة هي: حمض الأكريليك، وحمض الميثاكريليك، وحمض السيناميك، إلخ. بشكل عام، كلما كان الحمض أقوى، كان من الأسهل تكوين رابطة أيونية، لذلك اختر المزيد من: حمض الأكريليك وحمض الميثاكريليك.

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأحماض العضوية بمفردها، ويمكن أيضًا استخدامها مختلطة، وتكون المعالجة بأيونات المعادن القلوية التي تحتوي على مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم المعدني فائق النعومة أفضل.

(5) السيليكون العضوي

يُعدّ مركب السيليكون العضوي الجزيئي الضخم، المعروف أيضاً باسم زيت السيليكون، نوعاً من البوليمرات التي ترتبط فيها مجموعة عضوية بذرة السيليكون بواسطة سلسلة روابط سيليكون-أكسجين (si-o-si) كهيكل أساسي. ومن الأنواع الشائعة الاستخدام بولي ميثيل سيلوكسان المحتوي على الهيدروجين، وبولي ثنائي ميثيل سيلوكسان المنتهي بمجموعة هيدروكسيل، وما إلى ذلك.

2. عملية تعديل سطح هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة

في الوقت الحالي، تعتمد طرق تعديل سطح مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة بشكل أساسي على الطرق الجافة والرطبة.

(1) التعديل الجاف

في هذه العملية، يتم تسخين مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة المعدل مسبقًا إلى درجة حرارة معينة، ويتم تقطير المادة المعدلة ببطء في مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم عالي السرعة، ويتم إيقاف المنتج للتعبئة والتغليف بعد انتهاء التفاعل لفترة زمنية معينة.

تتميز عملية التعديل الجاف بانخفاض متطلبات المعدات وسهولة التشغيل. أما عيوبها فتتمثل في ارتفاع كثافة العمل المطلوبة من العمال، وانخفاض معدل طلاء مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم.

(2) التعديل الرطب

التعديل الرطب هو عملية إنتاج مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة، حيث يتم تصنيع معلق هيدروكسيد الألومنيوم بعد الترشيح والغسل وخفق كعكة الترشيح، وفي درجة حرارة معينة يتم خفق المعلق بعد إضافة المعدل، والتحريك لفترة من الوقت، ثم الترشيح والتجفيف والتعبئة بالخفق.

تتميز عملية التعديل الرطب بانخفاض كثافة العمل، وانعدام التلوث بالغبار، وكفاءة إنتاجية عالية، ونسبة طلاء عالية بمسحوق هيدروكسيد الألومنيوم تتراوح بين 20 و30%، كما أن تأثير التعديل عالٍ ومستقر. وبالمقارنة مع التعديل الجاف، فإن التعديل الرطب يستغرق وقتًا أطول ويتطلب معدات أكثر دقة. ونظرًا لهذه المزايا، فإنه يحل تدريجيًا محل طريقة التعديل الجاف.

3. طريقة تقييم تأثير تعديل سطح هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة

(1) اختبار معدل امتصاص الزيت

يستخدم معدل امتصاص الزيت بشكل أساسي لقياس كمية زيت الخروع اللازمة عندما تصل كمية معينة من مسحوق Al (OH) 3 إلى التشبع، ويستخدم لتحديد كمية الراتنج اللازمة عندما تصل كمية معينة من مسحوق Al (OH) 3 إلى التشبع.

تتمثل طريقة الكشف فيما يلي: يتم وزن مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة، وتبلغ كمية العينة المجففة حوالي 10 غرامات، وتوضع في كأس زجاجي، ثم تُضاف قطرات من زيت الخروع باستخدام سحاحة، وتُخلط برفق بقضيب زجاجي حتى يتغلغل زيت الخروع والعينة بالتساوي في كتلة واحدة. يتم حساب كمية زيت الخروع الممتصة لكل 100 غرام من هيدروكسيد الألومنيوم، أي معدل امتصاص الزيت بواسطة مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة.

بعد تعديل سطح مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم، سيتغير معدل امتصاص الزيت إلى حد ما. إذا تم تعديل مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة باستخدام عامل اقتران السيلان، سينخفض ​​معدل امتصاص الزيت بنسبة 10% تقريبًا.

(2) اختبار SEM

تم فحص مورفولوجيا مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة قبل وبعد التعديل باستخدام المجهر الإلكتروني. وقد تبين أن تشتت المسحوق المعدل في المادة الأساسية كان أفضل من تشتت المنتج غير المعدل.

(3) اختبار FTIR

استُخدمت تقنية مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) لتحليل المجموعات الموجودة على سطح المنتج. على سبيل المثال، يمكن تحديد محتوى الفينيل - Vi و - Si من خلال أطياف الأشعة تحت الحمراء لمسحوق هيدروكسيد الألومنيوم مع تعديل السطح الرطب لميثيل فينيل سيلان.

(4) تحديد خصائص المنتج

استُخدمت مساحيق هيدروكسيد الألومنيوم فائقة النعومة، المعدلة وغير المعدلة، لاختبار مؤشرات الكابلات مثل مؤشر الأكسجين، وقوة الشد، والاستطالة عند الكسر. ومن خلال المقارنة، تبين أن خصائص مقاومة اللهب والخصائص الميكانيكية للمنتجات المعدلة قد تحسنت.

(5) مؤشر التنشيط

مؤشر التنشيط هو مؤشر يُستخدم لتقييم تأثير تعديل السطح عن طريق قياس النسبة المئوية لكمية هيدروكسيد الألومنيوم الطافية على سطح الماء إلى إجمالي كمية هيدروكسيد الألومنيوم بعد التعديل. ونظرًا لاختلاف أنواع مُعدِّلات السطح وطرق معالجة مساحيق هيدروكسيد الألومنيوم فائقة النعومة، فإن بعض المساحيق المُعدَّلة ستطفو على سطح الماء بينما سيغرق بعضها الآخر.

مثل ستيرات الصوديوم، والتعديل الرطب بالتيتانات، والتعديل الجاف بالسيليان الكاره للماء بعد مسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة، يمكن استخدام مؤشر التنشيط لتقييم تأثير التعديل؛ ومع ذلك، تم تعديل السيليان المحب للماء بطريقة جافة، ومسحوق هيدروكسيد الألومنيوم فائق النعومة المعدل بطريقة السيليان الرطبة سيغرق في الماء، لذلك لا يمكن تقييم تأثير التعديل بواسطة مؤشر التنشيط، وكانت طريقة التقييم الدقيقة هي مطيافية الأشعة تحت الحمراء.