Сверхтонкий порошок гидроксида алюминия обладает множеством функций, таких как огнезащита, дымоудаление и заполнение пустот, и может создавать синергетический огнезащитный эффект в сочетании с фосфором и другими веществами. Это важный экологически чистый огнезащитный материал в электронной, химической, кабельной, пластмассовой, резиновой и других отраслях промышленности.
Гидроксид алюминия — это неорганический огнезащитный агент в качестве наполнителя. Для достижения лучшего огнезащитного эффекта его содержание должно превышать 40% (общее количество), в некоторых случаях достигая 60%. Однако высокое содержание наполнителя не только серьезно влияет на механические свойства изделий, но и ухудшает характеристики экструзии и обработки.
Таким образом, для того чтобы сверхтонкий порошок гидроксида алюминия мог широко использоваться в огнестойких материалах, таких как полиолефины, необходимо модифицировать поверхность порошка гидроксида алюминия, чтобы улучшить его физико-химические свойства, повысить совместимость сверхтонкого порошка гидроксида алюминия с органическими полимерами или смолами, а также их дисперсность в органической подложке, что позволит улучшить механическую прочность материала и его комплексные характеристики.
1. Модификатор поверхности, обычно используемый для ультрадисперсного гидроксида алюминия.
(1) силановый связующий агент
Существует более ста видов силановых связующих агентов, среди которых наиболее стабильным является силановый связующий агент с монослойными функциональными группами. Стабильность силанового связующего агента с функциональными группами находится между стабильностью стали и металла. Помимо улучшения механических свойств изделий, силановый связующий агент с функциональными группами также может улучшить электрические свойства и влагостойкость изделий.
(2) циркониевый связующий агент
Циркониевый связующий агент, содержащий алюминат циркония с низкой относительной молекулярной массой, представляет собой неорганический полимер, который в основной цепи молекулы комплексообразует с двумя типами органических лигандных субъединиц; один дентатный связующий агент обладает хорошей гидроксильной стабильностью, другой дентатный связующий агент хорошо реагирует с органическими соединениями; сверхтонкий порошок гидроксида алюминия обладает хорошим модифицирующим эффектом.
(3) высшие жирные кислоты и их соли
В молекулярной структуре высших жирных кислот и их солей один конец представляет собой длинноцепочечную алкильную группу, а другой конец — карбоксильную группу и ее металлическую соль, способную реагировать с поверхностными функциональными группами гидроксида алюминия. Обработка ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия высокожирной кислотой и ее солью может улучшить сродство между ультрадисперсным порошком гидроксида алюминия и молекулой полимера, а также улучшить механические и технологические свойства продукта.
(4) ненасыщенные органические кислоты
К распространенным ненасыщенным органическим кислотам относятся: акриловая кислота, метакриловая кислота, коричная кислота и др. В целом, чем сильнее кислота, тем легче образуется ионная связь, поэтому чаще выбирают акриловую и метакриловую кислоты.
Для обработки можно использовать различные органические кислоты по отдельности, а также в смесях, например, ультрадисперсный порошок гидроксида алюминия, содержащий ионы щелочных металлов, что обеспечивает лучший эффект.
(5) кремнийорганический
Макромолекулярный кремнийорганический полимер, также известный как силиконовое масло, представляет собой полимер, в котором органическая группа на атоме кремния соединена цепью связей кремний-кислород (si-o-si) в качестве каркаса. Обычно используются водородсодержащие полиметилсилоксаны, полидиметилсилоксаны с гидроксильными концевыми группами и др.
2. Процесс модификации поверхности ультрадисперсного гидроксида алюминия.
В настоящее время методы модификации поверхности ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия в основном сухие и влажные.
(1) сухая модификация
В этом процессе модифицированный ультрадисперсный порошок гидроксида алюминия предварительно нагревают до определенной температуры, затем модификатор медленно капают в высокоскоростной порошок гидроксида алюминия, и после определенного времени реакции производство продукта прекращают для упаковки.
Преимуществами сухой модификации являются низкие требования к оборудованию и простота эксплуатации. Недостатками являются высокая трудоемкость и низкая скорость нанесения порошкового покрытия из гидроксида алюминия.
(2) влажная модификация
В процессе производства ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия влажная модификация включает в себя синтез суспензии гидроксида алюминия после фильтрации, промывки, измельчения фильтрационного осадка, измельчения суспензии при определенной температуре с добавлением модификатора, перемешивания в течение определенного времени, фильтрации, сушки и упаковки.
Преимущества мокрой модификации заключаются в низкой трудоемкости, отсутствии пылеобразования, высокой производительности, высокой степени покрытия порошком гидроксида алюминия (20-30%), высоком и стабильном эффекте модификации. По сравнению с сухой модификацией, мокрая модификация имеет более длительный процесс и предъявляет более высокие требования к оборудованию. Благодаря этим преимуществам мокрая модификация постепенно вытесняет метод производства с сухой модификацией.
3. Метод оценки эффективности модификации поверхности ультрадисперсным гидроксидом алюминия.
(1) тест на скорость поглощения масла
Показатель маслопоглощения в основном используется для измерения количества касторового масла, необходимого, когда определенное количество порошка Al(OH)3 достигает насыщения при инфильтрации, и применяется для характеристики количества смолы, необходимого, когда определенное количество порошка Al(OH)3 достигает насыщения при инфильтрации.
Метод определения следующий: взвешивают около 10 г сверхтонкого порошка гидроксида алюминия, высушивают образец и помещают его в стакан, добавляют каплю касторового масла с помощью бюретки и аккуратно перемешивают стеклянной палочкой до равномерного распределения касторового масла и образца в виде шарика. Рассчитывают количество касторового масла, адсорбированного на 100 г гидроксида алюминия, то есть коэффициент поглощения масла сверхтонким порошком гидроксида алюминия.
После модификации поверхности порошка гидроксида алюминия скорость поглощения масла изменится в определенной степени. Если ультрадисперсный порошок гидроксида алюминия модифицировать силановым связующим агентом, скорость поглощения масла снизится примерно на 10%.
(2) Тест СЭМ
Морфология ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия до и после модификации была исследована с помощью электронного микроскопа. Дисперсия модифицированного порошка в матрице была лучше, чем у немодифицированного продукта.
(3) ИК-спектроскопический тест
Для анализа групп на поверхности продукта использовалась фурье-инфракрасная спектроскопия (FTIR). Например, содержание винильных групп –Vi и –Si можно определить по ИК-спектрам порошка гидроксида алюминия с влажной поверхностной модификацией метилвинилсиланом.
(4) определение свойств продукта
Модифицированные и немодифицированные ультрадисперсные порошки гидроксида алюминия использовались для тестирования таких показателей кабеля, как кислородное индекс, прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве. Сравнительный анализ показал, что огнестойкость и механические свойства модифицированных изделий улучшились.
(5) индекс активации
Индекс активации — это показатель, позволяющий оценить эффект модификации поверхности путем измерения процентного соотношения количества гидроксида алюминия, плавающего на поверхности воды, к общему количеству гидроксида алюминия после модификации. Из-за различных типов модификаторов поверхности и различных методов обработки ультрадисперсных порошков гидроксида алюминия, часть модифицированных порошков будет плавать на поверхности воды, а часть — тонуть.
Например, при модификации ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия стеаратом натрия, титанатом влажным методом, гидрофобным силаном сухим методом, для оценки эффекта модификации можно использовать индекс активации; однако гидрофильный силан модифицируется сухим методом, а ультрадисперсный порошок гидроксида алюминия, модифицированный силаном влажным методом, тонет в воде, поэтому эффект модификации нельзя оценить по индексу активации, и точным методом оценки является инфракрасная спектроскопия.
Дата публикации: 24 апреля 2020 г.