Ультрадисперсний порошок гідроксиду алюмінію має численні функції, такі як вогнезахисна дія, видалення диму та наповнювач, а також може створювати синергетичний вогнезахисний ефект з фосфором та іншими речовинами. Він є важливим вогнезахисним засобом для захисту довкілля в електронній, хімічній, кабельній, пластмасовій, гумовій та інших галузях промисловості.
Гідроксид алюмінію – це неорганічний вогнезахисний наповнювач. Для досягнення кращого вогнезахисного ефекту кількість наповнювача повинна перевищувати 40% (від загальної кількості), а в деяких випадках навіть досягати 60%, але висока кількість наповнювача не тільки серйозно впливає на механічні властивості виробів, але й погіршує екструзію та продуктивність обробки.
Отже, для того, щоб надтонкий порошок гідроксиду алюмінію широко використовувався у вогнезахисних матеріалах, таких як поліолефін, необхідно модифікувати поверхню порошку гідроксиду алюмінію, щоб покращити фізичні та хімічні властивості поверхні, підвищити сумісність надтонкого порошку гідроксиду алюмінію з підкладкою, а також дисперсність органічного полімеру або смоли в органічній підкладці, покращити механічну міцність матеріалу та його комплексні характеристики.
1. Модифікатор поверхні, який зазвичай використовується для надтонкого гідроксиду алюмінію
(1) силановий сполучний агент
Існує понад сто видів силанових зв'язуючих агентів, серед яких найстабільнішим є моношаровий силановий зв'язуючий агент з функціональною групою. Стабільність силанового зв'язуючого агента з функціональною групою знаходиться між сталлю та металом. Окрім покращення механічних властивостей виробів, силановий зв'язуючий агент з функціональною групою також може покращити електричні властивості та вологостійкість виробів.
(2) цирконієвий сполучний агент
Клас цирконієвого сполучного агента, що містить алюмінат цирконію з низькою відносною молекулярною масою неорганічного полімеру в основному ланцюзі молекули, забезпечує комплексоутворення двох видів органічних лігандних субодиниць. Зубчастий агент зі сполучним агентом має добру гідроксильну стабільність, а інший зубчастий агент добре реагує з органічними сполуками. Надтонкий порошок гідроксиду алюмінію гідроксиду алюмінію має хороший модифікований ефект.
(3) вищі жирні кислоти та їх солі
У молекулярній структурі вищих жирних кислот та їх солей один кінець являє собою довголанцюгову алкільну групу, а інший кінець - карбоксильну групу та її металеву сіль, які можуть реагувати з поверхневими функціональними групами гідроксиду алюмінію. Обробка надтонкого порошку гідроксиду алюмінію високожирною кислотою та її сіллю може покращити спорідненість між надтонким порошком гідроксиду алюмінію та молекулою полімеру, а також покращити механічні та технологічні властивості продукту.
(4) ненасичені органічні кислоти
Поширеними ненасиченими органічними кислотами є: акрилова кислота, метакрилова кислота, корична кислота тощо. Загалом, чим сильніша кислота, тим легше утворюється іонний зв'язок, тому вибирайте більше: акрилову кислоту та метакрилову кислоту.
Різноманітні органічні кислоти можна використовувати окремо, також можна використовувати в суміші, обробка іонами лужних металів, що містять мінеральний ультратонкий порошок гідроксиду алюмінію, дає кращий ефект.
(5) кремнійорганічний
Макромолекула кремнійорганічної речовини, також відома як силіконова олія, являє собою різновид полімеру, який з'єднаний з органічною групою на атомі кремнію за допомогою кремнієвого кисневого зв'язку (Si-O-Si) як скелет. Зазвичай використовуються водневмісний поліметилсилоксан, гідроксильно-термінальний полідиметилсилоксан тощо.
2. Процес модифікації поверхні надтонкого гідроксиду алюмінію
Наразі методи модифікації поверхні надтонкого порошку гідроксиду алюмінію переважно сухі та вологі.
(1) суха модифікація
У цьому процесі модифікований надтонкий порошок гідроксиду алюмінію попередньо нагрівають до певної температури, і модифікатор повільно капають у високошвидкісний порошок гідроксиду алюмінію, а продукт зупиняють для упаковки після реакції на певний час.
Перевагами сухої модифікації є низькі вимоги до обладнання та проста експлуатація. Недоліком є велика трудомісткість працівників, а швидкість нанесення порошкового покриття гідроксидом алюмінію низька.
(2) мокра модифікація
Мокра модифікація полягає в процесі виробництва надтонкого порошку гідроксиду алюмінію, синтезі суспензії гідроксиду алюмінію після фільтрації, промивання, збивання фільтрувального осаду, додаванні модифікатора при певній температурі збивання суспензії, перемішуванні протягом певного періоду часу, фільтрації, сушіння та збивання упаковки.
Перевагами мокрої модифікації є низька трудомісткість, відсутність забруднення пилом, висока ефективність виробництва, висока швидкість порошкового покриття гідроксидом алюмінію (20-30%), високий та стабільний ефект модифікації. Порівняно із сухою модифікацією, мокра модифікація має триваліший процес та вищі вимоги до обладнання. Завдяки перевагам мокрої модифікації, вона поступово замінює метод виробництва сухої модифікації.
3. Метод оцінки впливу модифікації поверхні наддисперсним гідроксидом алюмінію
(1) випробування на швидкість поглинання олії
Швидкість поглинання олії в основному використовується для вимірювання кількості касторової олії, необхідної, коли певна кількість порошку Al (OH) 3 досягає насичення, а також для характеристики кількості смоли, необхідної, коли певна кількість порошку Al (OH) 3 досягає насичення.
Метод виявлення полягає в наступному: зважують надтонкий порошок гідроксиду алюмінію та висушують зразок масою близько 10 г, поміщають у склянку, додають касторову олію за допомогою бюретки та обережно перемішують скляною паличкою, щоб касторова олія та зразок рівномірно проникли в кульку. Розраховують кількість касторової олії, адсорбованої на 100 г гідроксиду алюмінію, тобто швидкість поглинання олії надтонким порошком гідроксиду алюмінію.
Після модифікації поверхні порошку гідроксиду алюмінію швидкість поглинання олії певною мірою зміниться. Якщо надтонкий порошок гідроксиду алюмінію модифікувати силановим сполучним агентом, швидкість поглинання олії зменшиться приблизно на 10%.
(2) SEM-тест
Морфологію ультрадисперсного порошку гідроксиду алюмінію до та після модифікації було визначено за допомогою електронного мікроскопа. Дисперсія модифікованого порошку в матриці була кращою, ніж у немодифікованого продукту.
(3) ІЧ-тест у спектрі з перетворенням Фур'є
Для аналізу груп на поверхні продукту використовували інфрачервону спектроскопію Фур'є (FTIR). Наприклад, вміст вінілу – Vi та – Si можна визначити за допомогою інфрачервоних спектрів порошку гідроксиду алюмінію з модифікацією волого поверхні метилвінілсиланом.
(4) визначення властивостей продукту
Модифіковані та немодифіковані надтонкі порошки гідроксиду алюмінію були використані для випробування показників кабелю, таких як кисневий індекс, міцність на розрив та видовження при розриві. Порівняння показало, що вогнестійкість та механічні властивості модифікованих виробів покращилися.
(5) індекс активації
Індекс активації – це показник для оцінки ефекту модифікації поверхні шляхом вимірювання відсотка кількості гідроксиду алюмінію, що плаває на поверхні води, до загальної кількості гідроксиду алюмінію після модифікації. Через різні типи модифікаторів поверхні та різні методи обробки надтонких порошків гідроксиду алюмінію, деякі модифіковані порошки плаватимуть на поверхні води, а деякі тонутимуть.
Такі як стеарат натрію, модифікація титанатом шляхом мокрого методу, модифікація гідрофобним силаном шляхом сухого методу після ультрадисперсного порошку гідроксиду алюмінію, індекс активації може бути використаний для оцінки ефекту модифікації; Однак, гідрофільний силан був модифікований сухим методом, а ультрадисперсний порошок гідроксиду алюмінію, модифікований мокрим методом силану, тонув би у воді, тому ефект модифікації не міг бути оцінений за індексом активації, а точним методом оцінки була інфрачервона спектроскопія.
Час публікації: 24 квітня 2020 р.