La poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine possède de multiples propriétés ignifuges, d'élimination des fumées et de remplissage, et peut produire un effet ignifuge synergique avec le phosphore et d'autres substances. C'est un ignifugeant important pour la protection de l'environnement dans les industries de l'électronique, de la chimie, des câbles, du plastique, du caoutchouc et autres.
L'hydroxyde d'aluminium est un agent ignifuge inorganique de type charge. Afin d'obtenir un meilleur effet ignifuge, la quantité de charge doit être supérieure à 40 % (quantité totale), voire atteindre 60 % dans certains cas. Cependant, une quantité de charge élevée affecte non seulement sérieusement les propriétés mécaniques des produits, mais détériore également les performances d'extrusion et de transformation.
Par conséquent, afin que la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine puisse être largement utilisée dans les matériaux ignifuges tels que les polyoléfines, il est nécessaire de modifier la surface de la poudre d'hydroxyde d'aluminium afin d'améliorer les propriétés physiques et chimiques de surface, d'améliorer la compatibilité et la dispersibilité de la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine avec le polymère organique ou la résine dans le substrat organique, afin d'améliorer la résistance mécanique du matériau et ses performances globales.
1. Modificateur de surface couramment utilisé pour l'hydroxyde d'aluminium ultrafin
(1) agent de couplage silane
Il existe plus d'une centaine d'agents de couplage silane, parmi lesquels l'agent de couplage silane monocouche à groupe fonctionnel est le plus stable. Sa stabilité se situe entre celle de l'acier et celle des métaux. Outre l'amélioration des propriétés mécaniques des produits, cet agent de couplage peut également améliorer leurs propriétés électriques et leur résistance à l'humidité.
(2) agent de couplage au zirconium
Agent de couplage au zirconium de classe contenant de l'aluminate de zirconium, faible masse moléculaire relative du polymère inorganique dans la chaîne principale de la molécule, sur la complexation de deux types de sous-unités de ligand organique, un denté avec l'agent de couplage bonne stabilité hydroxyle, un autre denté avec l'agent de couplage bonnes réactions organiques, la poudre d'hydroxyde d'aluminium superfine a de bons effets modifiés.
(3) les acides gras supérieurs et leurs sels
Dans la structure moléculaire des acides gras supérieurs et de leurs sels, une extrémité est un groupe alkyle à longue chaîne, et l'autre extrémité est un groupe carboxyle et son sel métallique qui peuvent réagir avec les groupes fonctionnels de surface de l'hydroxyde d'aluminium. Le traitement de la poudre ultrafine d'hydroxyde d'aluminium avec un acide gras supérieur et son sel peut améliorer l'affinité entre la poudre ultrafine d'hydroxyde d'aluminium et la molécule de polymère, et améliorer les propriétés mécaniques et de mise en œuvre du produit.
(4) acides organiques insaturés
Les acides organiques insaturés courants sont : l’acide acrylique, l’acide méthacrylique, l’acide cinnamique, etc. De manière générale, plus l’acide est fort, plus il est facile de former une liaison ionique ; il est donc préférable de privilégier l’acide acrylique et l’acide méthacrylique.
Divers acides organiques peuvent être utilisés seuls ou en mélange ; le traitement des ions de métaux alcalins contenant de la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine minérale donne de meilleurs résultats.
(5) organosiliciure
L'organosilicium macromoléculaire, également connu sous le nom d'huile de silicone, est un type de polymère dont le squelette est constitué d'un groupe organique lié à un atome de silicium par une chaîne de liaisons silicium-oxygène (si-o-si). Les polyméthylsiloxanes contenant de l'hydrogène, les polydiméthylsiloxanes à terminaison hydroxyle, etc. sont couramment utilisés.
2. Procédé de modification de surface de l'hydroxyde d'aluminium ultrafin
À l'heure actuelle, les méthodes de modification de surface de la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine sont principalement sèches et humides.
(1) modification à sec
Dans ce procédé, la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine modifiée est préchauffée à une certaine température, et le modificateur est lentement ajouté goutte à goutte à la poudre d'hydroxyde d'aluminium à grande vitesse, et le produit est arrêté pour l'emballage après la réaction pendant un certain temps.
Les avantages de la modification à sec sont les faibles exigences en matière d'équipement et la simplicité de mise en œuvre. L'inconvénient est que la pénibilité du travail est importante et que le taux de revêtement par poudre d'hydroxyde d'aluminium est faible.
(2) modification par voie humide
La modification humide intervient dans le processus de production de poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine, la synthèse de la suspension d'hydroxyde d'aluminium après filtration, lavage, battage du gâteau de filtration, à une certaine température de battage de la suspension après ajout du modificateur, agitation pendant un certain temps, filtration, séchage et conditionnement par battage.
Les avantages de la modification par voie humide sont une faible intensité de main-d'œuvre, l'absence de pollution par la poussière, une productivité élevée, un taux de revêtement en poudre d'hydroxyde d'aluminium élevé (20 à 30 %) et un effet de modification important et stable. Comparée à la modification par voie sèche, la modification par voie humide est un processus plus long et exige un équipement plus performant. Grâce à ces avantages, elle remplace progressivement la méthode de production par voie sèche.
3. Méthode d'évaluation de l'effet de modification de surface de l'hydroxyde d'aluminium ultrafin
(1) test du taux d'absorption d'huile
Le taux d'absorption d'huile est principalement utilisé pour mesurer la quantité d'huile de ricin nécessaire lorsqu'une certaine quantité de poudre d'Al(OH)3 atteint juste l'infiltration à saturation, et il est utilisé pour caractériser la quantité de résine nécessaire lorsqu'une certaine quantité de poudre d'Al(OH)3 atteint juste l'infiltration à saturation.
La méthode de détection est la suivante : on pèse environ 10 g de poudre d’hydroxyde d’aluminium ultrafine, on la sèche, on la place dans un bécher, on ajoute de l’huile de ricin à l’aide d’une burette et on mélange délicatement avec une tige de verre pour que l’huile et l’échantillon s’imprègnent uniformément dans la poudre. On calcule ensuite la quantité d’huile de ricin adsorbée pour 100 g d’hydroxyde d’aluminium, soit le taux d’absorption d’huile de la poudre d’hydroxyde d’aluminium ultrafine.
Après modification de surface de la poudre d'hydroxyde d'aluminium, le taux d'absorption d'huile sera modifié dans une certaine mesure. Si la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine est modifiée avec un agent de couplage silane, le taux d'absorption d'huile diminuera d'environ 10 %.
(2) Test SEM
La morphologie de la poudre ultrafine d'hydroxyde d'aluminium avant et après modification a été analysée par microscopie électronique. La dispersion de la poudre modifiée dans la matrice était supérieure à celle du produit non modifié.
(3) Test FTIR
La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été utilisée pour analyser les groupes présents à la surface du produit. Par exemple, la teneur en vinyle – Vi et – Si peut être déterminée par les spectres IR de la poudre d'hydroxyde d'aluminium avec modification de surface humide du méthyl vinyl silane.
(4) détermination des propriétés du produit
Des poudres d'hydroxyde d'aluminium ultrafines, modifiées et non modifiées, ont été utilisées pour tester les indices de câbles tels que l'indice d'oxygène, la résistance à la traction et l'allongement à la rupture. La comparaison a permis de constater que les propriétés ignifuges et mécaniques des produits modifiés ont été améliorées.
(5) indice d'activation
L'indice d'activation permet d'évaluer l'effet de la modification de surface en mesurant le pourcentage d'hydroxyde d'aluminium flottant à la surface de l'eau par rapport à la quantité totale d'hydroxyde d'aluminium après modification. En raison des différents types de modificateurs de surface et des différentes méthodes de traitement des poudres ultrafines d'hydroxyde d'aluminium, certaines poudres modifiées flotteront à la surface de l'eau tandis que d'autres couleront.
Dans le cas de modifications telles que le stéarate de sodium, le titanate (modification par voie humide) et le silane hydrophobe (modification par voie sèche) après la transformation de la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine, l'indice d'activation peut être utilisé pour évaluer l'effet de la modification. Cependant, le silane hydrophile étant modifié par voie sèche et la poudre d'hydroxyde d'aluminium ultrafine modifiée par voie humide au silane coulant dans l'eau, l'effet de la modification ne peut être évalué par l'indice d'activation, et la méthode d'évaluation précise est la spectroscopie infrarouge.
Date de publication : 24 avril 2020