การปรับเปลี่ยนพื้นผิวด้วยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ

ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษมีคุณสมบัติหลากหลาย เช่น สารหน่วงไฟ สารกำจัดควัน และสารเติมเต็ม อีกทั้งยังสามารถเสริมฤทธิ์ในการหน่วงไฟร่วมกับฟอสฟอรัสและสารอื่นๆ ได้ จึงเป็นสารหน่วงไฟที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เคมีภัณฑ์ สายเคเบิล พลาสติก ยาง และอุตสาหกรรมอื่นๆ

อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นสารหน่วงไฟอนินทรีย์ชนิดเติม เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพในการหน่วงไฟที่ดีขึ้น ปริมาณการเติมต้องมากกว่า 40% (ปริมาณรวม) บางชนิดอาจสูงถึง 60% แต่ปริมาณการเติมที่สูงเกินไปไม่เพียงแต่ส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังทำให้ประสิทธิภาพในการอัดขึ้นรูปและการแปรรูปแย่ลงอีกด้วย

ดังนั้น เพื่อให้ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษสามารถนำไปใช้ได้อย่างกว้างขวางในวัสดุหน่วงไฟ เช่น โพลีโอเลฟิน จึงจำเป็นต้องมีการปรับปรุงพื้นผิวของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของพื้นผิว เพิ่มความเข้ากันได้และการกระจายตัวของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษกับสารตั้งต้น และเพิ่มความสามารถในการกระจายตัวในสารตั้งต้นอินทรีย์ เพื่อปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลและประสิทธิภาพโดยรวมของวัสดุ

1. สารปรับสภาพพื้นผิวที่นิยมใช้สำหรับอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ชนิดละเอียดพิเศษ

(1) สารเชื่อมต่อซิเลน

มีสารเชื่อมประสานซิเลนมากกว่าหนึ่งร้อยชนิด ซึ่งในจำนวนนี้ สารเชื่อมประสานซิเลนที่มีหมู่ฟังก์ชันโมโนเลเยอร์นั้นมีความเสถียรมากที่สุด ความเสถียรของสารเชื่อมประสานซิเลนที่มีหมู่ฟังก์ชัน α อยู่ระหว่างเหล็กและโลหะ นอกจากจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์แล้ว สารเชื่อมประสานซิเลนที่มีหมู่ฟังก์ชัน α ยังสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความต้านทานต่อความชื้นของผลิตภัณฑ์ได้อีกด้วย

(2) สารเชื่อมต่อเซอร์โคเนียม

สารเชื่อมประสานเซอร์โคเนียมชนิดที่มีเซอร์โคเนียมอะลูมิเนตเป็นส่วนประกอบหลัก มีมวลโมเลกุลสัมพัทธ์ต่ำ เป็นพอลิเมอร์อนินทรีย์ในสายโซ่หลักของโมเลกุล โดยจะเกิดการสร้างสารเชิงซ้อนกับหน่วยย่อยของลิแกนด์อินทรีย์สองชนิด ชนิดหนึ่งมีเดนเทตที่เสถียรต่อหมู่ไฮดรอกซิลของสารเชื่อมประสาน และอีกชนิดหนึ่งมีเดนเทตที่ทำปฏิกิริยากับสารเชื่อมประสานอินทรีย์ได้ดี นอกจากนี้ ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษยังมีประสิทธิภาพในการปรับปรุงโครงสร้างได้ดีอีกด้วย

(3) กรดไขมันที่สูงกว่าและเกลือของกรดไขมันเหล่านั้น

ในโครงสร้างโมเลกุลของกรดไขมันสายยาวและเกลือของกรดไขมันเหล่านั้น ปลายด้านหนึ่งเป็นหมู่แอลคิลสายยาว และปลายอีกด้านหนึ่งเป็นหมู่คาร์บอกซิลและเกลือโลหะของหมู่คาร์บอกซิล ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับหมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ได้ การบำบัดผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษด้วยกรดไขมันสายยาวและเกลือของกรดไขมันเหล่านั้น สามารถปรับปรุงความสัมพันธ์ระหว่างผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษกับโมเลกุลของพอลิเมอร์ และปรับปรุงคุณสมบัติทางกลและการแปรรูปของผลิตภัณฑ์ได้

(4) กรดอินทรีย์ไม่อิ่มตัว

กรดอินทรีย์ไม่อิ่มตัวที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ กรดอะคริลิก กรดเมทาคริลิก กรดซินนามิก เป็นต้น โดยทั่วไปแล้ว กรดที่แรงกว่าจะเกิดพันธะไอออนิกได้ง่ายกว่า ดังนั้นจึงมักเลือกใช้กรดอะคริลิกและกรดเมทาคริลิกมากกว่า

กรดอินทรีย์หลายชนิดสามารถใช้ได้โดยลำพัง หรือสามารถใช้ผสมกันได้ การบำบัดไอออนโลหะอัลคาไลน์ที่มีผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษที่มีแร่ธาตุเป็นส่วนประกอบจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า

(5) ออร์กาโนซิลิคอน

ออร์กาโนซิลิคอนโมเลกุลขนาดใหญ่ หรือที่รู้จักกันในชื่อน้ำมันซิลิคอน เป็นพอลิเมอร์ชนิดหนึ่งที่เชื่อมต่อกับหมู่สารอินทรีย์บนอะตอมซิลิคอนด้วยพันธะซิลิคอน-ออกซิเจน (si-o-si) เป็นโครงสร้างหลัก ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โพลีเมทิลไซลอกเซนที่มีไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ โพลีไดเมทิลไซลอกเซนที่มีหมู่ไฮดรอกซิลที่ปลาย เป็นต้น

2. กระบวนการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ

ในปัจจุบัน วิธีการปรับปรุงพื้นผิวของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษส่วนใหญ่ได้แก่ วิธีแห้งและวิธีเปียก

(1) การปรับเปลี่ยนแบบแห้ง

ในกระบวนการนี้ ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษที่ผ่านการดัดแปลงแล้วจะถูกให้ความร้อนล่วงหน้าจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด จากนั้นสารดัดแปลงจะถูกหยดลงในผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงอย่างช้าๆ และจะหยุดผลิตภัณฑ์เพื่อบรรจุหลังจากปฏิกิริยาเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่กำหนด

ข้อดีของการปรับปรุงพื้นผิวแบบแห้งคือความต้องการอุปกรณ์ต่ำและการใช้งานง่าย ข้อเสียคือต้องใช้แรงงานคนจำนวนมาก และอัตราการเคลือบผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ต่ำ

(2) การปรับเปลี่ยนแบบเปียก

การปรับปรุงแบบเปียกเป็นกระบวนการในการผลิตผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ โดยเริ่มจากการสังเคราะห์สารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์หลังจากกรอง ล้าง และบดกากแล้ว จากนั้นจึงเติมสารปรับปรุงลงในสารละลายที่บดแล้วในอุณหภูมิที่กำหนด กวนเป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงกรอง อบแห้ง และบดบรรจุ

ข้อดีของการปรับปรุงพื้นผิวแบบเปียก ได้แก่ ความเข้มข้นของแรงงานต่ำ ไม่ก่อให้เกิดมลพิษทางฝุ่น ประสิทธิภาพการผลิตสูง อัตราการเคลือบผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์สูงถึง 20-30% และผลการปรับปรุงพื้นผิวสูงและคงที่ เมื่อเทียบกับการปรับปรุงพื้นผิวแบบแห้ง การปรับปรุงพื้นผิวแบบเปียกมีกระบวนการที่ยาวนานกว่าและมีความต้องการอุปกรณ์ที่สูงกว่า เนื่องจากข้อดีของการปรับปรุงพื้นผิวแบบเปียก จึงค่อยๆ เข้ามาแทนที่วิธีการผลิตแบบแห้ง

3. วิธีการประเมินผลการปรับเปลี่ยนพื้นผิวด้วยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ

(1) การทดสอบอัตราการดูดซับน้ำมัน

อัตราการดูดซับน้ำมันส่วนใหญ่ใช้ในการวัดปริมาณน้ำมันละหุ่งที่ต้องการเมื่อผง Al(OH)3 ปริมาณหนึ่งถึงจุดอิ่มตัวพอดี และยังใช้ในการกำหนดลักษณะปริมาณเรซินที่ต้องการเมื่อผง Al(OH)3 ปริมาณหนึ่งถึงจุดอิ่มตัวพอดีอีกด้วย

วิธีการตรวจวัดมีดังนี้: ชั่งน้ำหนักผงอลูมินาไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษให้ได้ตัวอย่างแห้งประมาณ 10 กรัม ใส่ลงในบีกเกอร์ หยดน้ำมันละหุ่งโดยใช้บิวเรตต์ แล้วใช้แท่งแก้วคนเบาๆ เพื่อให้น้ำมันละหุ่งและตัวอย่างซึมเข้ากันอย่างสม่ำเสมอจนเป็นก้อน คำนวณปริมาณน้ำมันละหุ่งที่ถูกดูดซับต่ออลูมินาไฮดรอกไซด์ 100 กรัม ซึ่งก็คืออัตราการดูดซับน้ำมันของผงอลูมินาไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ

หลังจากปรับปรุงพื้นผิวของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์แล้ว อัตราการดูดซับน้ำมันจะเปลี่ยนแปลงไปในระดับหนึ่ง หากปรับปรุงผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษด้วยสารเชื่อมประสานซิเลน อัตราการดูดซับน้ำมันจะลดลงประมาณ 10%

(2) การทดสอบ SEM

ได้ทำการตรวจสอบลักษณะทางสัณฐานวิทยาของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษก่อนและหลังการดัดแปลงโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน พบว่าการกระจายตัวของผงที่ดัดแปลงแล้วในเมทริกซ์ดีกว่าผลิตภัณฑ์ที่ไม่ได้รับการดัดแปลง

(3) การทดสอบ FTIR

สเปกโทรสโกปีอินฟราเรดฟูริเยร์ (FTIR) ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์หมู่ฟังก์ชันบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น ปริมาณของไวนิล –Vi และ –Si สามารถกำหนดได้จากสเปกตรัม IR ของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่มีการปรับเปลี่ยนพื้นผิวแบบเปียกด้วยเมทิลไวนิลไซเลน

(4) การกำหนดคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์

ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษทั้งแบบดัดแปลงและไม่ดัดแปลงถูกนำมาใช้ทดสอบดัชนีของสายเคเบิล เช่น ดัชนีออกซิเจน ความแข็งแรงดึง และการยืดตัวเมื่อขาด จากการเปรียบเทียบ พบว่าคุณสมบัติการหน่วงไฟและคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการดัดแปลงนั้นดีขึ้น

(5) ดัชนีการเปิดใช้งาน

ดัชนีการกระตุ้นเป็นดัชนีที่ใช้ประเมินผลของการปรับปรุงพื้นผิว โดยวัดจากเปอร์เซ็นต์ของปริมาณอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ลอยอยู่บนผิวน้ำเทียบกับปริมาณอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ทั้งหมดหลังการปรับปรุง เนื่องจากชนิดของสารปรับปรุงพื้นผิวและวิธีการบำบัดผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษแตกต่างกัน ผงที่ได้รับการปรับปรุงบางส่วนจะลอยอยู่บนผิวน้ำและบางส่วนจะจมลง

เช่น การปรับปรุงพื้นผิวด้วยโซเดียมสเตียเรต ไททาเนตแบบเปียก และซิเลนแบบแห้ง หลังจากปรับปรุงพื้นผิวผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษแล้ว ดัชนีการกระตุ้นสามารถใช้ประเมินผลการปรับปรุงพื้นผิวได้ อย่างไรก็ตาม หากปรับปรุงพื้นผิวด้วยซิเลนแบบชอบน้ำด้วยวิธีแห้ง และผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษที่ปรับปรุงพื้นผิวด้วยซิเลนแบบเปียกจะจมลงในน้ำ ดังนั้นจึงไม่สามารถประเมินผลการปรับปรุงพื้นผิวด้วยดัชนีการกระตุ้นได้ วิธีการประเมินที่แม่นยำคือสเปกโทรสโกปีอินฟราเรด