La polvere ultrafine di idrossido di alluminio possiede molteplici funzioni, tra cui ritardante di fiamma, eliminazione del fumo e riempimento, e può produrre un effetto ritardante di fiamma sinergico con il fosforo e altre sostanze. È un importante ritardante di fiamma ecocompatibile utilizzato nei settori dell'elettronica, della chimica, dei cavi, della plastica, della gomma e in altri settori industriali.
L'idrossido di alluminio è un ritardante di fiamma inorganico di tipo riempitivo; per ottenere un migliore effetto ritardante di fiamma, la quantità di riempimento deve essere superiore al 40% (quantità totale), a volte anche fino al 60%, ma un'elevata quantità di riempimento non solo influisce seriamente sulle proprietà meccaniche dei prodotti, ma peggiora anche le prestazioni di estrusione e lavorazione.
Pertanto, per rendere la polvere di idrossido di alluminio ultrafine ampiamente utilizzabile nei materiali ignifughi come le poliolefine, è necessario modificare la superficie della polvere di idrossido di alluminio, al fine di migliorarne le proprietà fisiche e chimiche superficiali, potenziare la compatibilità e la dispersione della polvere di idrossido di alluminio ultrafine con il substrato, il polimero organico o la resina nel substrato organico, in modo da migliorare la resistenza meccanica del materiale e le prestazioni complessive.
1. Modificatore di superficie comunemente utilizzato per l'idrossido di alluminio ultrafine
(1) agente di accoppiamento silanico
Esistono più di cento tipi di agenti di accoppiamento silanici, tra cui l'agente di accoppiamento silanico monostrato con gruppo funzionale è il più stabile. La stabilità dell'agente di accoppiamento silanico con gruppo funzionale è intermedia tra quella dell'acciaio e quella del metallo. Oltre a migliorare le proprietà meccaniche dei prodotti, l'agente di accoppiamento silanico con gruppo funzionale può anche migliorarne le proprietà elettriche e la resistenza all'umidità.
(2) agente di accoppiamento di zirconio
Classe agente di accoppiamento di zirconio contenente alluminato di zirconio a bassa massa molecolare relativa del polimero inorganico nella catena principale della molecola sulla complessazione di due tipi di subunità di ligando organico, un dentato con agente di accoppiamento buona stabilità idrossilica, l'altro dentato all'agente di accoppiamento buone reazioni organiche, la polvere di idrossido di alluminio superfine ha buoni effetti modificanti.
(3) acidi grassi superiori e i loro sali
Nella struttura molecolare degli acidi grassi superiori e dei loro sali, un'estremità è costituita da un gruppo alchilico a catena lunga, mentre l'altra è costituita da un gruppo carbossilico e dal suo sale metallico, che possono reagire con i gruppi funzionali superficiali dell'idrossido di alluminio. Il trattamento della polvere ultrafine di idrossido di alluminio con acidi grassi superiori e i loro sali può migliorare l'affinità tra la polvere ultrafine di idrossido di alluminio e la molecola del polimero, e di conseguenza migliorare le proprietà meccaniche e di lavorazione del prodotto.
(4) acidi organici insaturi
Gli acidi organici insaturi più comuni sono: acido acrilico, acido metacrilico, acido cinnamico, ecc. In generale, più forte è l'acido, più facile è la formazione di legami ionici, quindi è preferibile scegliere acidi più forti come l'acido acrilico e l'acido metacrilico.
È possibile utilizzare una varietà di acidi organici singolarmente o in miscela; nel trattamento di ioni di metalli alcalini contenenti polvere di idrossido di alluminio ultrafine minerale, l'effetto è migliore.
(5) organosilicio
La macromolecola organosilicica, nota anche come olio di silicio, è un tipo di polimero in cui un gruppo organico è legato all'atomo di silicio tramite una catena di legami silicio-ossigeno (Si-O-Si) che costituisce lo scheletro. Comunemente si utilizzano polimetilsilossano contenente idrogeno, polidimetilsilossano con terminazione idrossilica, ecc.
2. Processo di modifica superficiale dell'idrossido di alluminio ultrafine
Attualmente, i metodi di modifica superficiale della polvere ultrafine di idrossido di alluminio sono principalmente a secco e a umido.
(1) modifica a secco
In questo processo, la polvere ultrafine di idrossido di alluminio modificata viene preriscaldata a una certa temperatura, e il modificatore viene gocciolato lentamente nella polvere di idrossido di alluminio ad alta velocità, e il prodotto viene fermato per il confezionamento dopo che la reazione è durata un certo tempo.
I vantaggi della modifica a secco sono i bassi requisiti in termini di attrezzature e la semplicità di utilizzo. Lo svantaggio è che richiede un elevato impiego di manodopera e il tasso di resa del rivestimento in polvere di idrossido di alluminio è basso.
(2) modificazione umida
La modifica a umido è una fase del processo produttivo della polvere ultrafine di idrossido di alluminio. La sintesi della sospensione di idrossido di alluminio avviene dopo filtrazione, lavaggio e sbattitura del pannello filtrante. A una determinata temperatura, dopo l'aggiunta del modificatore, si continua a mescolare per un certo periodo di tempo, si filtra, si asciuga e si confeziona il prodotto sbattuto.
I vantaggi della modifica a umido sono la bassa intensità di lavoro, l'assenza di inquinamento da polveri, l'elevata efficienza produttiva, l'alto tasso di rivestimento con polvere di idrossido di alluminio (20-30%) e l'effetto di modifica elevato e stabile. Rispetto alla modifica a secco, la modifica a umido richiede un processo più lungo e maggiori requisiti in termini di attrezzature. Grazie ai suoi vantaggi, la modifica a umido sta gradualmente sostituendo il metodo di produzione della modifica a secco.
3. Metodo di valutazione dell'effetto di modificazione superficiale dell'idrossido di alluminio ultrafine
(1) test del tasso di assorbimento dell'olio
Il tasso di assorbimento dell'olio viene utilizzato principalmente per misurare la quantità di olio di ricino necessaria quando una certa quantità di polvere di Al(OH)3 raggiunge la saturazione dell'infiltrazione, e viene utilizzato per caratterizzare la quantità di resina necessaria quando una certa quantità di polvere di Al(OH)3 raggiunge la saturazione dell'infiltrazione.
Il metodo di rilevamento è il seguente: si pesa la polvere ultrafine di idrossido di alluminio e si preleva un campione essiccato di circa 10 g, lo si pone in un becher, si aggiunge olio di ricino con una buretta e si mescola delicatamente con una bacchetta di vetro per far sì che l'olio di ricino e il campione si infiltrino uniformemente formando una sfera. Si calcola quindi la quantità di olio di ricino assorbita per 100 g di idrossido di alluminio, ovvero il tasso di assorbimento dell'olio da parte della polvere ultrafine di idrossido di alluminio.
Dopo la modifica superficiale della polvere di idrossido di alluminio, il tasso di assorbimento dell'olio cambierà in una certa misura. Se la polvere ultrafine di idrossido di alluminio viene modificata con un agente di accoppiamento silanico, il tasso di assorbimento dell'olio diminuirà di circa il 10%.
(2) test SEM
La morfologia della polvere ultrafine di idrossido di alluminio prima e dopo la modifica è stata rilevata mediante microscopio elettronico. La dispersione della polvere modificata nella matrice è risultata migliore rispetto a quella del prodotto non modificato.
(3) test FTIR
La spettroscopia infrarossa di Fourier (FTIR) è stata utilizzata per analizzare i gruppi presenti sulla superficie del prodotto. Ad esempio, il contenuto di vinil-Vi e -Si può essere determinato dagli spettri IR della polvere di idrossido di alluminio con modifica superficiale a umido del metil vinil silano.
(4) determinazione delle proprietà del prodotto
Le polveri di idrossido di alluminio ultrafine, sia modificate che non modificate, sono state utilizzate per testare gli indici dei cavi, come l'indice di ossigeno, la resistenza alla trazione e l'allungamento a rottura. Dal confronto è emerso che le proprietà ignifughe e meccaniche dei prodotti modificati sono state migliorate.
(5) indice di attivazione
L'indice di attivazione è un indice utilizzato per valutare l'effetto della modifica superficiale misurando la percentuale di idrossido di alluminio che galleggia sulla superficie dell'acqua rispetto alla quantità totale di idrossido di alluminio dopo la modifica. A causa dei diversi tipi di modificatori di superficie e dei diversi metodi di trattamento delle polveri ultrafini di idrossido di alluminio, alcune delle polveri modificate galleggeranno sulla superficie dell'acqua e altre affonderanno.
Ad esempio, dopo la modifica con stearato di sodio, titanato per via umida e silano idrofobico per via secca della polvere ultrafine di idrossido di alluminio, l'indice di attivazione può essere utilizzato per valutare l'effetto della modifica; tuttavia, il silano idrofilo è stato modificato con un metodo a secco, mentre la polvere ultrafine di idrossido di alluminio modificata con silano per via umida affonderebbe in acqua, quindi l'effetto della modifica non potrebbe essere valutato tramite l'indice di attivazione, e il metodo di valutazione accurato è la spettroscopia infrarossa.
Data di pubblicazione: 24 aprile 2020