O pó ultrafino de hidróxido de alumínio possui múltiplas funções, como retardante de chamas, eliminador de fumaça e material de enchimento, podendo produzir um efeito retardante de chamas sinérgico com fósforo e outras substâncias. É um importante retardante de chamas para proteção ambiental nas indústrias eletrônica, química, de cabos, de plásticos, de borracha e outras.
O hidróxido de alumínio é um retardante de chama inorgânico do tipo enchimento. Para obter um melhor efeito retardante de chama, a quantidade de enchimento precisa ser superior a 40% (quantidade total), chegando até mesmo a 60% em alguns casos. No entanto, uma quantidade de enchimento elevada não só afeta seriamente as propriedades mecânicas dos produtos, como também piora o desempenho da extrusão e do processamento.
Portanto, para que o pó de hidróxido de alumínio superfino possa ser amplamente utilizado em materiais retardantes de chama, como poliolefinas, é necessário modificar a superfície do pó de hidróxido de alumínio para melhorar as propriedades físico-químicas da superfície, aumentar a compatibilidade e a dispersão do pó de hidróxido de alumínio superfino com o substrato, o polímero orgânico ou a resina no substrato orgânico, a fim de melhorar a resistência mecânica do material e o desempenho geral.
1. Modificador de superfície comumente usado para hidróxido de alumínio ultrafino
(1) agente de acoplamento de silano
Existem mais de cem tipos de agentes de acoplamento de silano, dentre os quais o agente de acoplamento de silano com grupo funcional monocamada é o mais estável. A estabilidade do agente de acoplamento de silano com grupo funcional situa-se entre a do aço e a do metal. Além de melhorar as propriedades mecânicas dos produtos, o agente de acoplamento de silano com grupo funcional também pode aprimorar as propriedades elétricas e a resistência à umidade dos produtos.
(2) agente de acoplamento de zircônio
O agente de acoplamento de zircônio da classe contém aluminato de zircônio, um polímero inorgânico de baixa massa molecular relativa na cadeia principal da molécula, que complexa dois tipos de subunidades de ligantes orgânicos. Um ligante dentado apresenta boa estabilidade hidroxila com o agente de acoplamento, enquanto o outro ligante dentado apresenta boas reações orgânicas com o agente de acoplamento. O pó de hidróxido de alumínio superfino apresenta bons efeitos modificadores.
(3) ácidos graxos superiores e seus sais
Na estrutura molecular de ácidos graxos superiores e seus sais, uma extremidade é um grupo alquila de cadeia longa e a outra extremidade é um grupo carboxila e seu sal metálico, que podem reagir com os grupos funcionais da superfície do hidróxido de alumínio. O tratamento do pó ultrafino de hidróxido de alumínio com ácido graxo superior e seu sal pode melhorar a afinidade entre o pó ultrafino de hidróxido de alumínio e a molécula do polímero, além de aprimorar as propriedades mecânicas e de processamento do produto.
(4) ácidos orgânicos insaturados
Os ácidos orgânicos insaturados mais comuns são: ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido cinâmico, etc. De modo geral, quanto mais forte o ácido, mais fácil é a formação de ligações iônicas; portanto, prefira o ácido acrílico e o ácido metacrílico.
Diversos ácidos orgânicos podem ser usados isoladamente ou em mistura com outros, sendo o tratamento com pó ultrafino de hidróxido de alumínio contendo íons de metais alcalinos mais eficaz.
(5) organossilício
A macromolécula organosilícia, também conhecida como óleo de silicone, é um tipo de polímero que possui um esqueleto formado por grupos orgânicos ligados a átomos de silício por meio de ligações silício-oxigênio (Si-O-Si). Os tipos mais comuns são o polimetilsiloxano contendo hidrogênio, o polidimetilsiloxano com terminações hidroxila, entre outros.
2. Processo de modificação superficial de hidróxido de alumínio ultrafino
Atualmente, os métodos de modificação superficial do pó ultrafino de hidróxido de alumínio são principalmente os métodos a seco e a úmido.
(1) modificação a seco
Nesse processo, o pó ultrafino de hidróxido de alumínio modificado é pré-aquecido a uma determinada temperatura, e o modificador é gotejado lentamente no pó de hidróxido de alumínio em alta velocidade, e o produto é parado para ser embalado após um determinado período de tempo.
As vantagens da modificação a seco incluem baixos requisitos de equipamento e operação simples. A desvantagem é a alta intensidade de trabalho dos operários e a baixa taxa de revestimento com pó de hidróxido de alumínio.
(2) modificação úmida
A modificação úmida é utilizada no processo de produção de pó ultrafino de hidróxido de alumínio. A suspensão de hidróxido de alumínio, após filtração, lavagem e homogeneização, é homogeneizada e, em seguida, adicionada a um modificador sob determinada temperatura. A mistura é agitada por um período de tempo, filtrada, seca e homogeneizada novamente.
As vantagens da modificação úmida incluem baixa intensidade de mão de obra, ausência de poluição por poeira, alta eficiência de produção, alta taxa de revestimento com pó de hidróxido de alumínio (20-30%) e um efeito de modificação elevado e estável. Comparada à modificação a seco, a modificação úmida apresenta um processo mais longo e maiores exigências em relação aos equipamentos. Devido às suas vantagens, o método de modificação úmida está gradualmente substituindo a modificação a seco.
3. Método de avaliação do efeito de modificação superficial do hidróxido de alumínio ultrafino
(1) teste de taxa de absorção de óleo
A taxa de absorção de óleo é usada principalmente para medir a quantidade de óleo de rícino necessária quando uma certa quantidade de pó de Al(OH)3 atinge a infiltração de saturação, e é usada para caracterizar a quantidade de resina necessária quando uma certa quantidade de pó de Al(OH)3 atinge a infiltração de saturação.
O método de detecção é o seguinte: pesa-se uma amostra seca de aproximadamente 10 g de hidróxido de alumínio em pó ultrafino, coloca-se em um béquer, adiciona-se óleo de rícino com uma bureta e mistura-se suavemente com uma vareta de vidro até que o óleo de rícino e a amostra se infiltrem uniformemente, formando uma esfera. Calcula-se a quantidade de óleo de rícino adsorvida por 100 g de hidróxido de alumínio, ou seja, a taxa de absorção de óleo pelo pó ultrafino de hidróxido de alumínio.
Após a modificação da superfície do pó de hidróxido de alumínio, a taxa de absorção de óleo sofrerá uma alteração. Se o pó ultrafino de hidróxido de alumínio for modificado com um agente de acoplamento de silano, a taxa de absorção de óleo diminuirá em cerca de 10%.
(2) Teste SEM
A morfologia do pó ultrafino de hidróxido de alumínio antes e depois da modificação foi analisada por microscopia eletrônica. A dispersão do pó modificado na matriz foi melhor do que a do produto não modificado.
(3) Teste FTIR
A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi utilizada para analisar os grupos na superfície do produto. Por exemplo, o teor de vinil – Vi e – Si pode ser determinado pelos espectros de infravermelho do pó de hidróxido de alumínio com modificação superficial úmida de metil vinil silano.
(4) determinação das propriedades do produto
Os pós ultrafinos de hidróxido de alumínio, modificados e não modificados, foram utilizados para testar os índices do cabo, como índice de oxigênio, resistência à tração e alongamento na ruptura. Através da comparação, constatou-se que as propriedades mecânicas e de retardamento de chama dos produtos modificados foram aprimoradas.
(5) índice de ativação
O índice de ativação é um índice que avalia o efeito da modificação da superfície, medindo a porcentagem da quantidade de hidróxido de alumínio flutuando na superfície da água em relação à quantidade total de hidróxido de alumínio após a modificação. Devido aos diferentes tipos de modificadores de superfície e aos diferentes métodos de tratamento dos pós ultrafinos de hidróxido de alumínio, alguns dos pós modificados flutuarão na superfície da água, enquanto outros afundarão.
Em processos como a modificação úmida com estearato de sódio e titanato, e a modificação seca com silano hidrofóbico após a oxidação do pó ultrafino de hidróxido de alumínio, o índice de ativação pode ser usado para avaliar o efeito da modificação. No entanto, a modificação com silano hidrofílico foi realizada pelo método seco, enquanto o pó ultrafino de hidróxido de alumínio modificado pelo método úmido com silano afundaria na água, portanto, o efeito da modificação não poderia ser avaliado pelo índice de ativação. O método de avaliação mais preciso seria a espectroscopia de infravermelho.
Data da publicação: 24/04/2020