Ultrafeines Aluminiumhydroxidpulver besitzt vielfältige Funktionen wie Flammschutz, Rauchunterdrückung und Füllstoffwirkung und kann in Kombination mit Phosphor und anderen Substanzen einen synergistischen Flammschutzeffekt erzielen. Es ist ein wichtiges umweltfreundliches Flammschutzmittel für die Elektronik-, Chemie-, Kabel-, Kunststoff-, Gummi- und weitere Industrien.
Aluminiumhydroxid ist ein anorganisches Flammschutzmittel vom Füllstofftyp. Um eine bessere Flammschutzwirkung zu erzielen, muss der Füllstoffanteil mehr als 40 % (Gesamtmenge) betragen, in manchen Fällen sogar bis zu 60 %. Ein zu hoher Füllstoffanteil beeinträchtigt jedoch nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Produkte erheblich, sondern verschlechtert auch die Extrusions- und Verarbeitungseigenschaften.
Um das superfeine Aluminiumhydroxidpulver in flammhemmenden Materialien wie Polyolefinen breit einsetzen zu können, muss es oberflächenmodifiziert werden. Ziel ist es, die physikalischen und chemischen Oberflächeneigenschaften zu verbessern, die Kompatibilität und Dispergierbarkeit des superfeinen Aluminiumhydroxidpulvers mit dem organischen Polymer oder Harz im organischen Substrat zu erhöhen und so die mechanische Festigkeit und die Gesamtleistung des Materials zu steigern.
1. Oberflächenmodifikator, der üblicherweise für ultrafeines Aluminiumhydroxid verwendet wird
(1) Silan-Haftvermittler
Es gibt über hundert verschiedene Silan-Haftvermittler, wobei der Monolayer-Silan-Haftvermittler mit funktionellen Gruppen die stabilste ist. Die Stabilität dieses Haftvermittlers liegt zwischen der von Stahl und Metall. Neben der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Produkten kann der Silan-Haftvermittler mit funktionellen Gruppen auch deren elektrische Eigenschaften und Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessern.
(2) Zirkonium-Haftvermittler
Zirkonium-Kupplungsmittel der Klasse Zirkoniumaluminat mit niedriger relativer Molekülmasse des anorganischen Polymers in der Hauptkette des Moleküls bei der Komplexierung von zwei Arten organischer Liganden-Untereinheiten, eine zähnige mit dem Kupplungsmittel gute Hydroxylstabilität, eine andere zähnige mit dem Kupplungsmittel gute organische Reaktionen, das Aluminiumhydroxid superfeines Aluminiumhydroxidpulver hat gute Modifizierungseffekte.
(3) höhere Fettsäuren und deren Salze
In der Molekularstruktur höherer Fettsäuren und ihrer Salze befindet sich an einem Ende eine langkettige Alkylgruppe und am anderen Ende eine Carboxylgruppe mit ihrem Metallsalz, welches mit den funktionellen Gruppen der Aluminiumhydroxidoberfläche reagieren kann. Die Behandlung von ultrafeinem Aluminiumhydroxidpulver mit höheren Fettsäuren und deren Salzen kann die Affinität zwischen ultrafeinem Aluminiumhydroxidpulver und Polymermolekülen verbessern und somit die mechanischen und Verarbeitungseigenschaften des Produkts optimieren.
(4) ungesättigte organische Säuren
Gängige ungesättigte organische Säuren sind: Acrylsäure, Methacrylsäure, Zimtsäure usw. Generell gilt: Je stärker die Säure, desto leichter bildet sie eine Ionenbindung. Daher sind Acrylsäure und Methacrylsäure vorzuziehen.
Verschiedene organische Säuren können einzeln oder in Mischung verwendet werden. Bei der Behandlung von Mineral-Ultrafein-Aluminiumhydroxidpulver, das Alkalimetallionen enthält, ist der Effekt besser.
(5) Organosilicium
Organosilicium-Makromoleküle, auch bekannt als Silikonöl, sind Polymere, deren Gerüst aus Siliziumatomen besteht, die über Silizium-Sauerstoff-Bindungen (Si-O-Si) mit organischen Gruppen verbunden sind. Häufig verwendete Vertreter sind wasserstoffhaltiges Polymethylsiloxan, hydroxylterminiertes Polydimethylsiloxan usw.
2. Oberflächenmodifizierungsverfahren von ultrafeinem Aluminiumhydroxid
Gegenwärtig werden bei der Oberflächenmodifizierung von ultrafeinem Aluminiumhydroxidpulver hauptsächlich Trocken- und Nassverfahren angewendet.
(1) Trockenmodifizierung
Bei diesem Verfahren wird das modifizierte ultrafeine Aluminiumhydroxidpulver auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt, und der Modifikator wird langsam in das schnell fließende Aluminiumhydroxidpulver eingetropft. Nach einer gewissen Reaktionszeit wird das Produkt zum Verpacken abgestellt.
Die Vorteile der Trockenmodifizierung liegen in den geringen Anforderungen an die Ausrüstung und der einfachen Handhabung. Der Nachteil besteht in der hohen Arbeitsbelastung und der geringen Beschichtungsrate mit Aluminiumhydroxidpulver.
(2) Nassmodifizierung
Bei der Nassmodifizierung handelt es sich um einen Herstellungsprozess von ultrafeinem Aluminiumhydroxidpulver. Dabei wird eine Aluminiumhydroxidsuspension synthetisiert, nach Filtration, Waschen und Schütteln des Filterkuchens, anschließend wird die Suspension bei einer bestimmten Temperatur mit einem Modifikator versetzt, eine Zeit lang gerührt, filtriert, getrocknet und verpackt.
Die Vorteile der Nassmodifizierung liegen in der geringen Arbeitsintensität, der Vermeidung von Staubbelastung, der hohen Produktionseffizienz, der hohen Beschichtungsrate mit Aluminiumhydroxidpulver (20–30 %) und der hohen und stabilen Modifizierungswirkung. Im Vergleich zur Trockenmodifizierung ist die Nassmodifizierung jedoch zeitaufwändiger und stellt höhere Anforderungen an die Anlagen. Aufgrund dieser Vorteile verdrängt die Nassmodifizierung zunehmend die Trockenmodifizierung.
3. Bewertungsmethode für die Oberflächenmodifizierungswirkung von ultrafeinem Aluminiumhydroxid
(1) Ölabsorptionsratentest
Die Ölabsorptionsrate wird hauptsächlich verwendet, um die Menge an Rizinusöl zu messen, die benötigt wird, wenn eine bestimmte Menge Al (OH) 3 Pulver gerade die Sättigungsinfiltration erreicht, und sie wird verwendet, um die Menge an Harz zu charakterisieren, die benötigt wird, wenn eine bestimmte Menge Al (OH) 3 Pulver gerade die Sättigungsinfiltration erreicht.
Die Nachweismethode ist wie folgt: Etwa 10 g des ultrafeinen Aluminiumhydroxidpulvers werden abgewogen und getrocknet. Diese Probe wird in ein Becherglas gegeben, mit einer Bürette Rizinusöl zugetropft und vorsichtig mit einem Glasstab vermischt, bis sich Rizinusöl und Probe gleichmäßig zu einer Kugel verbunden haben. Die Menge des pro 100 g Aluminiumhydroxid adsorbierten Rizinusöls wird berechnet, d. h. die Ölabsorptionsrate des ultrafeinen Aluminiumhydroxidpulvers.
Nach der Oberflächenmodifizierung von Aluminiumhydroxidpulver ändert sich die Ölabsorptionsrate bis zu einem gewissen Grad. Wird das ultrafeine Aluminiumhydroxidpulver mit einem Silan-Haftvermittler modifiziert, sinkt die Ölabsorptionsrate um etwa 10 %.
(2) SEM-Test
Die Morphologie des ultrafeinen Aluminiumhydroxidpulvers vor und nach der Modifizierung wurde mittels Elektronenmikroskopie untersucht. Die Dispersion des modifizierten Pulvers in der Matrix war besser als die des unmodifizierten Produkts.
(3) FTIR-Test
Mittels Fourier-Infrarotspektroskopie (FTIR) wurden die Gruppen auf der Produktoberfläche analysiert. Beispielsweise kann der Gehalt an Vinyl-Vi- und -Si-Gruppen durch IR-Spektren von Aluminiumhydroxidpulver mit nasser Oberflächenmodifizierung durch Methylvinylsilan bestimmt werden.
(4) Bestimmung der Produkteigenschaften
Die modifizierten und unmodifizierten ultrafeinen Aluminiumhydroxidpulver wurden zur Prüfung von Kabelkennwerten wie Sauerstoffindex, Zugfestigkeit und Bruchdehnung verwendet. Durch den Vergleich konnte festgestellt werden, dass die flammhemmenden und mechanischen Eigenschaften der modifizierten Produkte verbessert wurden.
(5) Aktivierungsindex
Der Aktivierungsindex dient zur Bewertung der Oberflächenmodifizierung. Er misst den prozentualen Anteil des auf der Wasseroberfläche schwimmenden Aluminiumhydroxids an der Gesamtmenge des modifizierten Aluminiumhydroxids. Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenmodifikatoren und Behandlungsmethoden für ultrafeine Aluminiumhydroxidpulver schwimmen manche Pulver auf der Wasseroberfläche, andere sinken ab.
Bei Modifizierungen wie der Nassmodifizierung mit Natriumstearat oder Titanat sowie der Trockenmodifizierung mit hydrophoben Silanen nach der Modifizierung von ultrafeinem Aluminiumhydroxidpulver kann der Aktivierungsindex zur Bewertung des Modifizierungseffekts herangezogen werden. Wurde hydrophiles Silan jedoch im Trockenverfahren modifiziert, sinkt das im Nassverfahren mit Silan modifizierte ultrafeine Aluminiumhydroxidpulver in Wasser ab, sodass der Modifizierungseffekt nicht anhand des Aktivierungsindex bewertet werden kann. Die genaue Bewertungsmethode ist hier die Infrarotspektroskopie.
Veröffentlichungsdatum: 24. April 2020