اصلاح سطح هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز

پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز دارای عملکردهای متعددی مانند ضد شعله، حذف دود و پرکنندگی است و می‌تواند با فسفر و سایر مواد، اثر ضد شعله سینرژیک ایجاد کند. این یک ضد شعله مهم برای حفاظت از محیط زیست در صنایع الکترونیک، شیمیایی، کابل، پلاستیک، لاستیک و سایر صنایع است.

هیدروکسید آلومینیوم یک ماده پرکننده مقاوم در برابر شعله معدنی است، برای دستیابی به اثر بازدارنده شعله بهتر، مقدار پرکننده باید بیش از 40٪ (مقدار کل) باشد، برخی حتی تا 60٪، اما مقدار پرکننده بالا نه تنها به طور جدی بر خواص مکانیکی محصولات تأثیر می‌گذارد، بلکه عملکرد اکستروژن و پردازش را نیز بدتر می‌کند.

بنابراین، برای اینکه پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق‌العاده ریز بتواند به طور گسترده در مواد مقاوم در برابر شعله مانند پلی اولفین مورد استفاده قرار گیرد، باید سطح پودر هیدروکسید آلومینیوم اصلاح شود تا خواص فیزیکی و شیمیایی سطح بهبود یابد، پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق‌العاده ریز و بستر افزایش یابد، سازگاری پلیمر یا رزین آلی و پراکندگی در بستر آلی افزایش یابد، تا استحکام مکانیکی ماده و عملکرد جامع بهبود یابد.

۱. اصلاح‌کننده سطح که معمولاً برای هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز استفاده می‌شود

(1) عامل اتصال سیلان

بیش از صد نوع عامل اتصال سیلان وجود دارد که در میان آنها، عامل اتصال سیلان تک لایه با گروه عاملی، پایدارترین است. پایداری عامل اتصال سیلان با گروه عاملی بین فولاد و فلز است. عامل اتصال سیلان با گروه عاملی، علاوه بر افزایش خواص مکانیکی محصولات، می‌تواند خواص الکتریکی و مقاومت در برابر رطوبت محصولات را نیز بهبود بخشد.

(2) عامل اتصال زیرکونیوم

عامل جفت‌کننده زیرکونیوم کلاس حاوی آلومینات زیرکونیوم با جرم مولکولی نسبی کم، پلیمر معدنی در زنجیره اصلی مولکول، بر روی کمپلکس شدن دو نوع زیر واحد لیگاند آلی، یک دندانه‌دار با عامل جفت‌کننده، پایداری هیدروکسیل خوبی دارد، یکی دیگر از دندانه‌دارها با عامل جفت‌کننده، واکنش‌های آلی خوبی دارد، پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق‌العاده ریز، اثرات اصلاح‌شده خوبی دارد.

(3) اسیدهای چرب بالاتر و نمک‌های آنها

در ساختار مولکولی اسیدهای چرب بالاتر و نمک‌های آنها، یک سر آن یک گروه آلکیل با زنجیره بلند و سر دیگر آن یک گروه کربوکسیل و نمک فلزی آن است که می‌تواند با گروه‌های عاملی سطحی هیدروکسید آلومینیوم واکنش دهد. تیمار پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز با اسید چرب بالا و نمک آن می‌تواند میل ترکیبی بین پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز و مولکول پلیمر را بهبود بخشد و خواص مکانیکی و فرآوری محصول را بهبود بخشد.

(4) اسیدهای آلی غیراشباع

اسیدهای آلی غیراشباع رایج عبارتند از: اسید اکریلیک، اسید متاکریلیک، اسید سینامیک و غیره. به طور کلی، هرچه اسید قوی‌تر باشد، تشکیل پیوند یونی آسان‌تر است، بنابراین بیشتر انتخاب کنید: اسید اکریلیک و اسید متاکریلیک.

انواع اسیدهای آلی را می‌توان به تنهایی یا به صورت ترکیبی استفاده کرد. برای تصفیه یون‌های فلز قلیایی حاوی پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز معدنی، اثر بهتری حاصل می‌شود.

(5) ارگانوسیلیکون

ارگانوسیلیکون ماکرومولکول، که به عنوان روغن سیلیکون نیز شناخته می‌شود، نوعی پلیمر است که توسط زنجیره پیوند اکسیژن سیلیکون (si-o-si) به عنوان اسکلت به گروه آلی روی اتم سیلیکون متصل می‌شود. معمولاً از پلی متیل سیلوکسان حاوی هیدروژن، پلی دی متیل سیلوکسان با انتهای هیدروکسیل و غیره استفاده می‌شود.

۲. فرآیند اصلاح سطح هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز

در حال حاضر، روش‌های اصلاح سطح پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز عمدتاً خشک و مرطوب هستند.

(1) اصلاح خشک

در این فرآیند، پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز اصلاح شده تا دمای معینی گرم می‌شود و اصلاح کننده به آرامی در پودر هیدروکسید آلومینیوم با سرعت بالا چکه می‌شود و محصول پس از واکنش تا زمان معینی برای بسته بندی متوقف می‌شود.

مزایای اصلاح خشک، نیاز کم به تجهیزات و سادگی عملیات است. عیب آن این است که شدت کار کارگران زیاد است و نرخ پوشش پودری هیدروکسید آلومینیوم پایین است.

(2) اصلاح مرطوب

اصلاح مرطوب در فرآیند تولید پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز، سنتز دوغاب هیدروکسید آلومینیوم پس از فیلتر کردن، شستشو، هم زدن کیک فیلتر، در دمای معینی از هم زدن دوغاب پس از افزودن اصلاح کننده، هم زدن برای مدت زمانی، فیلتر کردن، خشک کردن و بسته بندی هم زدن است.

مزایای اصلاح مرطوب عبارتند از: شدت کار کم، عدم آلودگی گرد و غبار، راندمان تولید بالا، نرخ پوشش پودری هیدروکسید آلومینیوم بالا، 20-30٪، اثر اصلاح بالا و پایدار است. در مقایسه با اصلاح خشک، اصلاح مرطوب فرآیند طولانی‌تری دارد و به تجهیزات بیشتری نیاز دارد. با توجه به مزایای اصلاح مرطوب، به تدریج جایگزین روش تولید اصلاح خشک می‌شود.

۳. روش ارزیابی اثر اصلاح سطح هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز

(1) آزمایش میزان جذب روغن

نرخ جذب روغن عمدتاً برای اندازه‌گیری مقدار روغن کرچک مورد نیاز زمانی که مقدار مشخصی از پودر Al(OH)3 به نفوذ اشباع می‌رسد، و برای مشخص کردن مقدار رزین مورد نیاز زمانی که مقدار مشخصی از پودر Al(OH)3 به نفوذ اشباع می‌رسد، استفاده می‌شود.

روش تشخیص به شرح زیر است: پودر هیدروکسید آلومینای فوق العاده ریز وزن شده و نمونه خشک شده حدود 10 گرم است، در یک بشر قرار داده می شود، روغن کرچک را با بورت می ریزند و به آرامی با یک میله شیشه ای مخلوط می شوند تا روغن کرچک و نمونه به طور یکنواخت در یک توپ نفوذ کنند. مقدار روغن کرچک جذب شده در هر 100 گرم هیدروکسید آلومینیوم محاسبه شد، یعنی میزان جذب روغن پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز.

پس از اصلاح سطح پودر هیدروکسید آلومینیوم، میزان جذب روغن تا حدودی تغییر خواهد کرد. اگر پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز با عامل اتصال سیلان اصلاح شود، میزان جذب روغن حدود 10٪ کاهش می‌یابد.

(2) آزمون SEM

مورفولوژی پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز قبل و بعد از اصلاح توسط میکروسکوپ الکترونی بررسی شد. پراکندگی پودر اصلاح‌شده در ماتریس بهتر از محصول اصلاح‌نشده بود.

(3) آزمایش FTIR

از طیف‌سنجی مادون قرمز فوریه (ftir) برای تجزیه و تحلیل گروه‌های روی سطح محصول استفاده شد. به عنوان مثال، محتوای وینیل-Vi و-Si را می‌توان با طیف‌های مادون قرمز پودر هیدروکسید آلومینیوم با اصلاح سطح مرطوب متیل وینیل سیلان تعیین کرد.

(4) تعیین خواص محصول

پودرهای هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز اصلاح‌شده و اصلاح‌نشده برای آزمایش شاخص‌های کابل مانند شاخص اکسیژن، استحکام کششی و ازدیاد طول در نقطه شکست استفاده شدند. از طریق مقایسه، می‌توان دریافت که خواص ضد شعله و مکانیکی محصولات اصلاح‌شده بهبود یافته است.

(5) شاخص فعال‌سازی

شاخص فعال‌سازی، شاخصی برای ارزیابی اثر اصلاح سطح است که با اندازه‌گیری درصد مقدار هیدروکسید آلومینیوم شناور روی سطح آب به کل مقدار هیدروکسید آلومینیوم پس از اصلاح، انجام می‌شود. با توجه به انواع مختلف اصلاح‌کننده‌های سطح و روش‌های مختلف تصفیه پودرهای هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز، برخی از پودرهای اصلاح‌شده روی سطح آب شناور می‌شوند و برخی دیگر در آب فرو می‌روند.

مانند استئارات سدیم، اصلاح مرطوب تیتانات، اصلاح خشک سیلان آبگریز پس از پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز، می‌توان از شاخص فعال‌سازی برای ارزیابی اثر اصلاح استفاده کرد؛ با این حال، سیلان آبدوست با روش خشک اصلاح شد و پودر هیدروکسید آلومینیوم فوق ریز اصلاح شده با روش مرطوب سیلان در آب فرو می‌رود، بنابراین اثر اصلاح را نمی‌توان با شاخص فعال‌سازی ارزیابی کرد و روش ارزیابی دقیق، طیف‌سنجی مادون قرمز بود.