Ultradrobny proszek wodorotlenku glinu pełni wiele funkcji, takich jak uniepalnianie, eliminowanie dymu i wypełnianie, a także może wywoływać synergistyczny efekt uniepalniania z fosforem i innymi substancjami. Jest ważnym środkiem zmniejszającym palność w ochronie środowiska w przemyśle elektronicznym, chemicznym, kablowym, tworzyw sztucznych, gumowym i innych.
Wodorotlenek glinu to nieorganiczny środek zmniejszający palność, który służy do wypełniania. Aby uzyskać lepszy efekt zmniejszający palność, ilość wypełnienia musi wynosić ponad 40% (ilość całkowita), w niektórych przypadkach nawet 60%. Jednakże duża ilość wypełnienia nie tylko poważnie wpływa na właściwości mechaniczne produktów, ale także pogarsza wydajność wytłaczania i przetwarzania.
Dlatego też, aby uzyskać superdrobny proszek wodorotlenku glinu, który może być szeroko stosowany w materiałach zmniejszających palność, takich jak poliolefiny, konieczna jest modyfikacja powierzchni proszku wodorotlenku glinu w celu poprawy właściwości fizycznych i chemicznych powierzchni, zwiększenia superdrobnego proszku wodorotlenku glinu i podłoża, kompatybilności i dyspersji polimeru organicznego lub żywicy w podłożu organicznym, a tym samym poprawy wytrzymałości mechanicznej materiału i jego ogólnej wydajności.
1. Modyfikator powierzchni powszechnie stosowany do ultradrobnego wodorotlenku glinu
(1) środek sprzęgający silan
Istnieje ponad sto rodzajów silanowych środków sprzęgających, spośród których środek sprzęgający z monowarstwową grupą funkcyjną silanu jest najstabilniejszy. Silanowy środek sprzęgający z grupą funkcyjną silanu charakteryzuje się stabilnością między stalą a metalem. Oprócz poprawy właściwości mechanicznych produktów, silanowy środek sprzęgający z grupą funkcyjną silanu może również poprawić ich właściwości elektryczne i odporność na wilgoć.
(2) środek sprzęgający cyrkonowy
Klasa środka sprzęgającego cyrkonu zawierająca glinian cyrkonu o niskiej względnej masie cząsteczkowej, polimer nieorganiczny w głównym łańcuchu cząsteczki, kompleksujący dwa rodzaje podjednostek ligandu organicznego, ząbkowany środek sprzęgający o dobrej stabilności hydroksylowej, inny ząbkowany środek sprzęgający o dobrych reakcjach organicznych, wodorotlenek glinu w postaci superdrobnego proszku ma dobre efekty modyfikacji.
(3) wyższe kwasy tłuszczowe i ich sole
W strukturze cząsteczkowej wyższych kwasów tłuszczowych i ich soli jeden koniec jest długołańcuchową grupą alkilową, a drugi koniec jest grupą karboksylową i jej solą metaliczną, która może reagować z powierzchniowymi grupami funkcyjnymi wodorotlenku glinu. Obróbka ultradrobnego proszku wodorotlenku glinu za pomocą wysokotłuszczowego kwasu i jego soli może poprawić powinowactwo między ultradrobnym proszkiem wodorotlenku glinu a cząsteczką polimeru, a także poprawić właściwości mechaniczne i przetwórcze produktu.
(4) nienasycone kwasy organiczne
Do najpopularniejszych nienasyconych kwasów organicznych należą: kwas akrylowy, kwas metakrylowy, kwas cynamonowy itd. Ogólnie rzecz biorąc, im mocniejszy kwas, tym łatwiej utworzyć wiązanie jonowe, dlatego należy wybierać kwasy: akrylowy i metakrylowy.
Można stosować różnorodne kwasy organiczne samodzielnie, można je również stosować w połączeniu z innymi kwasami. Do obróbki jonów metali alkalicznych zawierających mineralny, ultradrobny proszek wodorotlenku glinu daje lepszy efekt.
(5) krzemoorganiczny
Makrocząsteczka krzemoorganiczna, znana również jako olej silikonowy, to rodzaj polimeru połączonego z grupą organiczną atomu krzemu za pomocą łańcucha wiązania krzemowo-tlenowego (si-o-si) stanowiącego szkielet. Najczęściej stosuje się polimetylosiloksan zawierający wodór, polidimetylosiloksan zakończony grupą hydroksylową itp.
2. Proces modyfikacji powierzchni ultradrobnego wodorotlenku glinu
Obecnie stosowane metody modyfikacji powierzchni ultradrobnego proszku wodorotlenku glinu opierają się głównie na metodach suchych i mokrych.
(1) modyfikacja na sucho
W tym procesie modyfikowany, ultradrobny proszek wodorotlenku glinu jest podgrzewany do określonej temperatury, a następnie modyfikator jest powoli wkraplany do szybkoobrotowego proszku wodorotlenku glinu. Po zakończeniu reakcji produkt jest zatrzymywany w celu pakowania przez określony czas.
Zaletami suchej modyfikacji są niskie wymagania sprzętowe i prosta obsługa. Wadą jest duża pracochłonność pracowników i niska szybkość powlekania proszkowego wodorotlenkiem glinu.
(2) modyfikacja na mokro
Modyfikacja na mokro odbywa się w procesie produkcji ultradrobnego proszku wodorotlenku glinu, syntezy zawiesiny wodorotlenku glinu po filtrowaniu, przemywaniu, ubijaniu ciasta filtracyjnego, ubijaniu zawiesiny w określonej temperaturze po dodaniu modyfikatora, mieszaniu przez pewien czas, filtrowaniu, suszeniu i ubijaniu w celu zapakowania.
Zaletami modyfikacji na mokro są: niska pracochłonność, brak zanieczyszczenia pyłem, wysoka wydajność produkcji, wysoki stopień powlekania proszkowego wodorotlenkiem glinu (20–30%), a efekt modyfikacji jest wysoki i stabilny. W porównaniu z modyfikacją na sucho, modyfikacja na mokro wymaga dłuższego procesu i wyższych wymagań sprzętowych. Ze względu na zalety modyfikacji na mokro stopniowo zastępuje ona metodę produkcji modyfikacji na sucho.
3. Metoda oceny wpływu modyfikacji powierzchni ultradrobnoziarnistego wodorotlenku glinu
(1) badanie szybkości wchłaniania oleju
Szybkość wchłaniania oleju jest głównie wykorzystywana do pomiaru ilości oleju rycynowego potrzebnej, gdy określona ilość proszku Al(OH)3 osiąga stan nasycenia, a także do scharakteryzowania ilości żywicy potrzebnej, gdy określona ilość proszku Al(OH)3 osiąga stan nasycenia.
Metoda wykrywania jest następująca: waży się bardzo drobny proszek wodorotlenku glinu, a wysuszoną próbkę o masie ok. 10 g umieszcza się w zlewce, zakrapla olej rycynowy za pomocą biurety i delikatnie miesza szklanym prętem, aby olej rycynowy i próbka równomiernie rozprowadziły się w postaci kulki. Oblicza się ilość oleju rycynowego zaadsorbowanego na 100 g wodorotlenku glinu, czyli szybkość absorpcji oleju przez ultradrobny proszek wodorotlenku glinu.
Po modyfikacji powierzchni proszku wodorotlenku glinu, szybkość absorpcji oleju ulegnie pewnej zmianie. Jeżeli ultradrobny proszek wodorotlenku glinu zostanie zmodyfikowany za pomocą silanowego środka sprzęgającego, szybkość absorpcji oleju zmniejszy się o około 10%.
(2) Badanie SEM
Morfologię ultradrobnego proszku wodorotlenku glinu przed i po modyfikacji zbadano za pomocą mikroskopu elektronowego. Dyspersja zmodyfikowanego proszku w matrycy była lepsza niż w przypadku produktu niemodyfikowanego.
(3) Badanie FTIR
Do analizy grup na powierzchni produktu zastosowano spektroskopię w podczerwieni Fouriera (ftir). Przykładowo zawartość winylo-Vi i -Si można określić na podstawie widm IR proszku wodorotlenku glinu modyfikowanego na mokro metylowinylosilanem.
(4) określenie właściwości produktu
Do badania wskaźników wytrzymałości kabli, takich jak wskaźnik tlenowy, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie przy zerwaniu, wykorzystano zmodyfikowane i niezmodyfikowane ultradrobne proszki wodorotlenku glinu. Porównanie wykazało, że właściwości ognioodporne i mechaniczne zmodyfikowanych produktów uległy poprawie.
(5) wskaźnik aktywacji
Wskaźnik aktywacji to wskaźnik służący do oceny efektu modyfikacji powierzchni poprzez pomiar procentowej ilości wodorotlenku glinu unoszącego się na powierzchni wody w stosunku do całkowitej ilości wodorotlenku glinu po modyfikacji. Ze względu na różne rodzaje modyfikatorów powierzchni i różne metody obróbki ultradrobnych proszków wodorotlenku glinu, niektóre modyfikowane proszki będą unosić się na powierzchni wody, a niektóre będą tonąć.
Takie jak stearynian sodu, mokra modyfikacja tytanianem, sucha modyfikacja hydrofobowym silanem po ultradrobnym proszku wodorotlenku glinu, współczynnik aktywacji można wykorzystać do oceny efektu modyfikacji. Jednak hydrofilowy silan został zmodyfikowany metodą suchą, a ultradrobny proszek wodorotlenku glinu zmodyfikowany metodą mokrą silanem tonąłby w wodzie, więc efektu modyfikacji nie można było ocenić za pomocą współczynnika aktywacji, a dokładną metodą oceny była spektroskopia w podczerwieni.
Czas publikacji: 24-04-2020