Aluminum hydroxide (ATH) possesses multiple functions, including flame retardancy, smoke suppression, and filling. It does not produce secondary pollution and can generate synergistic flame-retardant effects with various substances. Therefore, it is widely used as a flame-retardant additive in composite materials and has become the most widely consumed environmentally friendly inorganic flame retardant. When aluminum hydroxide is used as a flame-retardant additive, its content and particle size have a significant impact on the flame-retardant and mechanical properties of the composite material. To achieve a certain flame-retardant rating, a relatively high loading level of ATH is usually required. When the loading amount is fixed, the finer the particle size, the better the flame-retardant performance. Therefore, we want to better utilize the flame-retardant effect of ultrafine aluminum hydroxide powder. We also want to reduce the negative impact on mechanical properties. This impact becomes serious when the loading level increases. For these reasons, ultrafine and nano-sizing have become new development trends. These trends apply to ATH flame retardants.
Аднак ультратонкія парашкі маюць вельмі малы памер часціц і высокую павярхоўную энергію, што робіць іх схільнымі да агламерацыі і цяжкімі для раўнамернага размеркавання ў палімерных матрыцах. Больш за тое, ультратонкі парашок гідраксіду алюмінію з'яўляецца тыповым палярным неарганічнымі матэрыяламі з дрэннай сумяшчальнасцю з арганічнымі палімерамі, асабліва з непалярнымі поліалефінамі. Слабая міжфазная сувязь прыводзіць да дрэннай плыні расплаву падчас змешвання і фармавання. У выніку пагаршаюцца тэхналагічныя характарыстыкі і механічныя ўласцівасці. Таму зніжэнне агламерацыі паміж ультратонкімі часціцамі ATH мае важнае значэнне. Таксама неабходна палепшыць міжфазную сумяшчальнасць паміж парашком ATH і палімернымі матрыцамі і павялічыць яго дысперсію ўнутры матрыцы. Гэтыя фактары маюць вырашальнае значэнне для атрымання высокапрадукцыйных вогнеахоўных кампазітаў. Такім чынам, яны сталі ключавымі праблемамі ва ўжыванні ультратонкага ATH у вогнеахоўных напоўненых матэрыялах.
1. Падрыхтоўка ультратонкага парашка гідраксіду алюмінію
The preparation methods of ultrafine aluminum hydroxide include physical and chemical methods. The physical method generally refers to the mechanical method. Chemical methods include several techniques. These include the seed precipitation method, sol–gel method, and precipitation method. They also include the hydrothermal synthesis method, carbonation method, supergravity method, and others.
(1) Механічны метад
Механічны метад выкарыстоўвае шліфавальнае абсталяванне як струменевыя млыны і шаравыя млыны. Гэтыя інструменты здрабняюць і здрабняюць прамыты і высушаны гідраксід алюмінію непрамысловага класа. Гэты працэс стварае больш дробны парашок ATH. Парашок ATH, атрыманы гэтым метадам, мае няправільную форму часціц. Памер часціц адносна буйны. Ён таксама мае шырокае размеркаванне памераў. Гэты дыяпазон звычайна складае ад 5 да 15 мкм. У выніку агульныя характарыстыкі прадукту адносна нізкія.
Калі гідраксід алюмінію, атрыманы гэтым метадам, выкарыстоўваецца ў вытворчасці правадоў і кабеляў, яго тэхналагічныя характарыстыкі, пластычнасць і вогнеўстойлівасць значна саступаюць гідраксіду алюмінію, атрыманаму хімічнымі метадамі. Нягледзячы на тое, што механічны метад адрозніваецца простым працэсам падрыхтоўкі і адносна нізкімі эксперыментальнымі выдаткамі, прадукт утрымлівае больш высокі ўзровень прымешак. Акрамя таго, размеркаванне памераў часціц нераўнамернае, што абмяжоўвае яго шырокае прымяненне.
(2) Метад асаджэння насення
Асновай распаўсюджанага метаду асаджэння зародка з'яўляецца даданне ультратонкіх крышталічных зародкаў гідраксіду алюмінію ў падрыхтаваны раствор алюмінату натрыю для атрымання больш чыстага і дробнага парашка ATH. Якасць крышталічных зародкаў з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на памер часціц парашка ATH.
(3) Золь-гель метад
Гэты метад прадугледжвае гідраліз злучэнняў алюмінію пры пэўнай тэмпературы вадзяной лазні, хуткасці перамешвання і ўмовах pH для атрымання золя гідраксіду алюмінію, які затым пры пэўных умовах ператвараецца ў гель. Канчатковы ультратонкі парашок гідраксіду алюмінію атрымліваецца шляхам сушкі і драбнення.
(4) Метад асадкавання
Метад асаджэння можна падзяліць на прамое асаджэнне і гамагеннае асаджэнне. Прамое асаджэнне азначае даданне асадка ў раствор алюмінату для атрымання высакаякаснага ультратонкага гідраксіду алюмінію пры пэўных умовах. Падчас працэсу асаджэння ступень змешвання паміж асадкам і растворам з'яўляецца ключавым фактарам, які ўплывае на ўласцівасці канчатковага прадукту. Гамагеннае асаджэнне адрозніваецца ад прамога асаджэння тым, што хуткасць росту асадка адносна павольнейшая.
(5) Гідратэрмальны метад сінтэзу
Гідратэрмальны метад дазваляе падрыхтаваць АТГ шляхам награвання закрытага рэакцыйнага пасудзіны, што дазваляе сыравіне рэагаваць у асяроддзі арганічнага растваральніка пры высокай тэмпературы і высокім ціску.
(6) Метад карбанізацыі
Метад карбанізацыі прадугледжвае ўвядзенне CO₂ у раствор алюмінату натрыю і кантроль умоў рэакцыі для атрымання гідраксіду алюмінію.
2. Мадыфікацыя паверхні ультратонкага парашка гідраксіду алюмінію
(1) Мадыфікатары паверхні
Currently, the main modifiers used for surface modification of ultrafine aluminum hydroxide include surfactants and coupling agents. Common surfactants include sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), sodium stearate, and silicone oil. The modification mechanism involves one end of the surfactant molecule containing a polar group that chemically reacts with or physically adsorbs onto the inorganic material surface, forming a coating layer, while the other end consists of a long-chain alkyl group that has strong compatibility with polymers due to its similar structure.
Злучальныя агенты дзейнічаюць праз пэўны хімічны механізм. Частка малекулярных функцыянальных груп звязваецца з неарганічнай паверхняй. Тым часам астатнія вугляродныя ланцугі звязваюцца з палімернымі матэрыяламі. Гэтая сувязь можа быць як фізічнай, так і хімічнай. Гэтыя сувязі цесна звязваюць неарганічны матэрыял з арганічнымі палімерамі. Да распаўсюджаных злучальных агентаў адносяцца сіланавыя злучальныя агенты, тытанатныя злучальныя агенты і алюмінатныя злучальныя агенты.
(2) Метады мадыфікацыі
У цяперашні час для апрацоўкі паверхні ATH у асноўным выкарыстоўваюцца сухая і вільготная мадыфікацыя.
Сухая мадыфікацыя прадугледжвае размяшчэнне парашкападобнай сыравіны і мадыфікатара або дыспергатара ў спецыяльнае абсталяванне і рэгуляванне адпаведнай хуткасці кручэння для перамешвання і змешвання, што дазваляе мадыфікатару пакрыць паверхню парашка гідраксіду алюмінію. Гэты метад падыходзіць для буйной вытворчасці.
Мокрая мадыфікацыя азначае даданне мадыфікатара ў загадзя падрыхтаваную суспензію гідраксіду алюмінію з пэўным суадносінамі вадкасці і цвёрдага рэчыва і правядзенне мадыфікацыі пры дбайным перамешванні і дыспергіі пры пэўнай тэмпературы. Нягледзячы на тое, што гэты метад больш складаны ў эксплуатацыі, ён забяспечвае больш раўнамернае пакрыццё паверхні і лепшыя эфекты мадыфікацыі.
(3) Механізм мадыфікацыі
Павярхоўная мадыфікацыя гідраксіду алюмінію азначае адсорбцыю або нанясенне на яго паверхню аднаго або некалькіх рэчываў з утварэннем кампазіта са структурай «ядро-абалонка». Павярхоўная мадыфікацыя ў асноўным з'яўляецца арганічнай і можа быць падзеленая на дзве катэгорыі.
Фізічны метад прадугледжвае апрацоўку паверхні пакрыццём з выкарыстаннем павярхоўна-актыўных рэчываў, такіх як вышэйшыя тлустыя кіслоты, спірты, аміны і эфіры, для павелічэння адлегласці паміж часціцамі, інгібіравання агламерацыі часціц і паляпшэння сродства паміж гідраксідам алюмінію і арганічнымі палімерамі. Гэта павышае вогнеўстойлівасць, паляпшае тэхналагічныя характарыстыкі і яшчэ больш павялічвае ўдаратрываласць арганічных палімераў.
Хімічны метад азначае выкарыстанне злучных агентаў для мадыфікацыі паверхні гідраксіду алюмінію. Функцыянальныя групы ў малекулах злучнага агента рэагуюць з паверхняй парашка, утвараючы хімічныя сувязі, тым самым дасягаючы мадыфікацыі. Малекулы злучнага агента маюць моцную сувязь з арганічнымі матэрыяламі. Яны могуць рэагаваць непасрэдна з арганічнымі палімерамі. Гэта дазваляе ATH трывала звязвацца з палімернай матрыцай. Такім чынам, гэта паляпшае агульныя ўласцівасці кампазітных матэрыялаў. Некалькі мадыфікатараў маюць падобны механізм. Да іх адносяцца сілан, тытанат, алюмінатныя злучныя агенты і стэарынавая кіслата. Іх малекулярныя структуры ўтрымліваюць як неарганічна-афінныя, так і арганічна-афінныя групы. Гэтыя падвойныя функцыянальныя групы дзейнічаюць як малекулярны мост. Яны трывала злучаюць гідраксід алюмінію з арганічнымі матэрыяламі.
(4) Ацэнка эфектаў мадыфікацыі
У цяперашні час для ацэнкі эфекту мадыфікацыі парашка гідраксіду алюмінію можна выкарыстоўваць два метады.
Прамы метад ацэньвае эфект мадыфікацыі шляхам вымярэння вогнеахоўных і механічных уласцівасцей кампазітаў, напоўненых мадыфікаваным гідраксідам алюмінію. Нягледзячы на тое, што гэты метад адносна складаны, вынікі выпрабаванняў надзейныя.
Ускосны метад ацэньвае эфект мадыфікацыі шляхам вымярэння змяненняў фізічных і хімічных уласцівасцей паверхні парашка гідраксіду алюмінію да і пасля мадыфікацыі.
Канкрэтныя паказчыкі ацэнкі ўключаюць:
Індэкс актывацыі. Гідраксід алюмінію, як неарганічны палярны матэрыял, натуральным чынам асядае ў вадзе. Пасля мадыфікацыі паверхня парашка становіцца непалярнай, а яго гідрафобнасць павялічваецца, што перашкаджае яму асядаць у вадзе. Змены індэкса актывацыі адлюстроўваюць ступень актывацыі паверхні і характарызуюць эфектыўнасць мадыфікацыйнай апрацоўкі.
Значэнне паглынання нафты. Каэфіцыент паглынання алею з'яўляецца важным паказчыкам дысперсіі гідраксіду алюмінію ў палімерах і адлюстроўвае парыстасць і ўдзельную плошчу паверхні парашка. Мадыфікацыя паверхні паляпшае дысперсію парашка ў палімерах і памяншае пустэчы, якія ўтвараюцца ў выніку агламерацыі часціц, тым самым зніжаючы каэфіцыент паглынання алею.
Дысперсійная стабільнасць. Гэты метад характарызуе ўплыў мадыфікацыі паверхні шляхам параўнання дысперсійных уласцівасцей парашкоў гідраксіду алюмінію, мадыфікаваных рознымі мадыфікатарамі, у дысперсійных асяроддзях. Для назірання за марфалогіяй і характарыстыкамі дысперсійнага асяроддзя можна выкарыстоўваць сканіруючую электронную мікраскапію (СЭМ).
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн