El hidróxido de aluminio ultrafino en polvo posee múltiples funciones, como retardante de llama, supresor de humo y agente de relleno, y puede generar un efecto ignífugo sinérgico con fósforo y otras sustancias. Es un retardante de llama importante para la protección del medio ambiente en las industrias electrónica, química, de cables, plásticos, caucho y otras.
El hidróxido de aluminio es un retardante de llama inorgánico de tipo relleno. Para lograr un mejor efecto retardante de llama, la cantidad de relleno debe ser superior al 40 % (cantidad total), e incluso en algunos casos hasta el 60 %, pero una cantidad de relleno elevada no solo afecta gravemente a las propiedades mecánicas de los productos, sino que también empeora el rendimiento de la extrusión y el procesamiento.
Por lo tanto, para que el polvo ultrafino de hidróxido de aluminio pueda utilizarse ampliamente en materiales ignífugos como las poliolefinas, es necesario modificar la superficie del polvo de hidróxido de aluminio para mejorar sus propiedades físicas y químicas, potenciar la compatibilidad y dispersión del polvo ultrafino de hidróxido de aluminio con el sustrato, así como con el polímero orgánico o la resina, y mejorar la resistencia mecánica del material y su rendimiento general.
1. Modificador de superficie comúnmente utilizado para hidróxido de aluminio ultrafino
(1) agente de acoplamiento de silano
Existen más de cien tipos de agentes de acoplamiento de silano, entre los cuales el agente de acoplamiento de silano de grupo funcional monocapa es el más estable. La estabilidad de este agente de acoplamiento se sitúa entre la del acero y la del metal. Además de mejorar las propiedades mecánicas de los productos, este agente de acoplamiento también puede mejorar sus propiedades eléctricas y su resistencia a la humedad.
(2) agente de acoplamiento de circonio
El agente de acoplamiento de zirconio de clase contiene aluminato de zirconio de baja masa molecular relativa de polímero inorgánico en la cadena principal de la molécula en la complejación de dos tipos de subunidades de ligando orgánico, un agente de acoplamiento dentado con buena estabilidad de hidroxilo, otro agente de acoplamiento dentado con buenas reacciones orgánicas, el hidróxido de aluminio polvo superfino de hidróxido de aluminio tiene buenos efectos de modificación.
(3) ácidos grasos superiores y sus sales
En la estructura molecular de los ácidos grasos superiores y sus sales, un extremo es un grupo alquilo de cadena larga y el otro extremo es un grupo carboxilo y su sal metálica, que pueden reaccionar con los grupos funcionales de la superficie del hidróxido de aluminio. El tratamiento del polvo ultrafino de hidróxido de aluminio con ácidos grasos superiores y sus sales puede mejorar la afinidad entre el polvo ultrafino de hidróxido de aluminio y la molécula de polímero, y mejorar las propiedades mecánicas y de procesamiento del producto.
(4) ácidos orgánicos insaturados
Los ácidos orgánicos insaturados comunes son: ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido cinámico, etc. En general, cuanto más fuerte es el ácido, más fácil es formar un enlace iónico, por lo que se eligen con mayor frecuencia: ácido acrílico y ácido metacrílico.
Se pueden utilizar diversos ácidos orgánicos solos o mezclados; el tratamiento con iones de metales alcalinos que contienen hidróxido de aluminio mineral ultrafino produce un mejor efecto.
(5) organosilicio
El organosilicio macromolecular, también conocido como aceite de silicona, es un tipo de polímero que se une a un grupo orgánico en el átomo de silicio mediante una cadena de enlaces silicio-oxígeno (si-o-si) que actúa como esqueleto. Los más utilizados son el polimetilsiloxano que contiene hidrógeno, el polidimetilsiloxano con terminación hidroxilo, etc.
2. Proceso de modificación superficial del hidróxido de aluminio ultrafino
En la actualidad, los métodos de modificación superficial del polvo ultrafino de hidróxido de aluminio son principalmente en seco y en húmedo.
(1) modificación en seco
En este proceso, el polvo ultrafino de hidróxido de aluminio modificado se precalienta a una temperatura determinada, y el modificador se añade lentamente gota a gota al polvo de hidróxido de aluminio de alta velocidad. Tras un tiempo de reacción determinado, se detiene la reacción para el envasado del producto.
Las ventajas de la modificación en seco son los bajos requisitos de equipo y la sencillez de operación. La desventaja es que la intensidad de mano de obra es alta y la tasa de recubrimiento con polvo de hidróxido de aluminio es baja.
(2) modificación húmeda
La modificación húmeda se realiza en el proceso de producción de polvo ultrafino de hidróxido de aluminio, que consiste en la síntesis de una suspensión de hidróxido de aluminio después de filtrar, lavar y batir la torta de filtración. A una temperatura determinada, se añade un modificador a la suspensión batida, se agita durante un período de tiempo, se filtra, se seca y se envasa batiendo.
Las ventajas de la modificación húmeda son la baja intensidad de mano de obra, la ausencia de contaminación por polvo, la alta eficiencia de producción, la alta tasa de recubrimiento con polvo de hidróxido de aluminio (20-30%) y la alta estabilidad y eficacia de la modificación. En comparación con la modificación en seco, la modificación húmeda requiere un proceso más largo y mayores exigencias en cuanto al equipo. Debido a sus ventajas, la modificación húmeda está reemplazando gradualmente al método de producción de modificación en seco.
3. Método de evaluación del efecto de modificación superficial del hidróxido de aluminio ultrafino
(1) Prueba de tasa de absorción de aceite
La tasa de absorción de aceite se utiliza principalmente para medir la cantidad de aceite de ricino necesaria cuando una cierta cantidad de polvo de Al (OH) 3 alcanza la infiltración de saturación, y se utiliza para caracterizar la cantidad de resina necesaria cuando una cierta cantidad de polvo de Al (OH) 3 alcanza la infiltración de saturación.
El método de detección es el siguiente: se pesa el polvo ultrafino de hidróxido de aluminio y se seca una muestra de aproximadamente 10 g, se coloca en un vaso de precipitados, se añade aceite de ricino con una bureta y se mezcla suavemente con una varilla de vidrio para que el aceite de ricino y la muestra se infiltren uniformemente formando una bola. Se calcula la cantidad de aceite de ricino adsorbido por cada 100 g de hidróxido de aluminio, es decir, la tasa de absorción de aceite del polvo ultrafino de hidróxido de aluminio.
Tras la modificación superficial del polvo de hidróxido de aluminio, la tasa de absorción de aceite cambiará en cierta medida. Si el polvo ultrafino de hidróxido de aluminio se modifica con un agente de acoplamiento de silano, la tasa de absorción de aceite disminuirá en aproximadamente un 10 %.
(2) Prueba SEM
La morfología del polvo ultrafino de hidróxido de aluminio antes y después de la modificación se analizó mediante microscopía electrónica. La dispersión del polvo modificado en la matriz fue mejor que la del producto sin modificar.
(3) Prueba FTIR
Se utilizó la espectroscopia infrarroja de Fourier (FTIR) para analizar los grupos en la superficie del producto. Por ejemplo, el contenido de vinilo – Vi y – Si se puede determinar mediante espectros IR de polvo de hidróxido de aluminio con modificación superficial húmeda de metil vinil silano.
(4) determinación de las propiedades del producto
Se utilizaron polvos ultrafinos de hidróxido de aluminio, tanto modificados como sin modificar, para evaluar índices de cables como el índice de oxígeno, la resistencia a la tracción y la elongación a la rotura. Mediante la comparación, se pudo observar que las propiedades ignífugas y mecánicas de los productos modificados mejoraron.
(5) índice de activación
El índice de activación es un indicador para evaluar el efecto de modificación de la superficie midiendo el porcentaje de hidróxido de aluminio que flota en la superficie del agua con respecto a la cantidad total de hidróxido de aluminio después de la modificación. Debido a los diferentes tipos de modificadores de superficie y a los diferentes métodos de tratamiento de los polvos ultrafinos de hidróxido de aluminio, algunos de los polvos modificados flotarán en la superficie del agua y otros se hundirán.
Por ejemplo, en el caso del estearato de sodio, la modificación húmeda con titanato y la modificación seca con silano hidrofóbico después del polvo ultrafino de hidróxido de aluminio, se puede utilizar el índice de activación para evaluar el efecto de la modificación; sin embargo, el silano hidrofílico se modificó mediante el método seco, y el polvo ultrafino de hidróxido de aluminio modificado mediante el método húmedo con silano se hundiría en el agua, por lo que el efecto de la modificación no se pudo evaluar mediante el índice de activación, y el método de evaluación preciso fue la espectroscopia infrarroja.
Fecha de publicación: 24 de abril de 2020