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.
Namun, bubuk ultrahalus memiliki ukuran partikel yang sangat kecil dan energi permukaan yang tinggi, sehingga rentan terhadap aglomerasi dan sulit untuk didispersikan secara seragam dalam matriks polimer. Selain itu, bubuk aluminium hidroksida ultrahalus merupakan material anorganik polar yang khas dengan kompatibilitas yang buruk dengan polimer organik, terutama poliolefin non-polar. Ikatan antarmuka yang lemah menyebabkan aliran leleh yang buruk selama pencampuran dan pencetakan. Akibatnya, kinerja pemrosesan dan sifat mekanik memburuk. Oleh karena itu, mengurangi aglomerasi di antara partikel ATH ultrahalus sangat penting. Penting juga untuk meningkatkan kompatibilitas antarmuka antara bubuk ATH dan matriks polimer serta meningkatkan dispersinya di dalam matriks. Faktor-faktor ini sangat penting untuk mendapatkan komposit tahan api berkinerja tinggi. Akibatnya, hal ini menjadi isu kunci dalam penerapan ATH ultrahalus dalam material pengisi tahan api.
1. Pembuatan Bubuk Aluminium Hidroksida Ultrahalus
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) Metode Mekanik
Metode mekanis menggunakan peralatan penggilingan menyukai pabrik jet Dan pabrik bola. Alat-alat ini menghancurkan dan menggiling aluminium hidroksida non-industri yang telah dicuci dan dikeringkan. Proses ini menghasilkan bubuk ATH yang lebih halus. Bubuk ATH dari metode ini memiliki bentuk partikel yang tidak beraturan. Ukuran partikelnya relatif kasar. Distribusi ukurannya juga luas, umumnya antara 5 dan 15 μm. Akibatnya, kinerja produk secara keseluruhan relatif buruk.
Ketika aluminium hidroksida yang dihasilkan dengan metode ini digunakan dalam pembuatan kawat dan kabel, kinerja pemrosesannya, keuletan, dan kinerja tahan apinya jauh lebih rendah daripada aluminium hidroksida yang dihasilkan dengan metode kimia. Meskipun metode mekanis memiliki proses persiapan yang sederhana dan biaya eksperimen yang relatif rendah, produk yang dihasilkan mengandung tingkat pengotor yang lebih tinggi. Selain itu, distribusi ukuran partikelnya tidak merata, yang membatasi penerapannya secara luas.
(2) Metode Presipitasi Benih
Inti dari metode pengendapan benih yang umum digunakan adalah penambahan benih kristal aluminium hidroksida ultrahalus ke dalam larutan natrium aluminat yang telah disiapkan untuk menghasilkan bubuk ATH yang lebih murni dan halus. Kualitas benih kristal merupakan faktor penting yang memengaruhi ukuran partikel bubuk ATH.
(3) Metode Sol-Gel
Metode ini melibatkan hidrolisis senyawa aluminium pada suhu penangas air, kecepatan pengadukan, dan kondisi pH tertentu untuk menghasilkan sol aluminium hidroksida, yang kemudian berubah menjadi gel pada kondisi tertentu. Bubuk aluminium hidroksida ultrahalus akhir diperoleh melalui pengeringan dan penggilingan.
(4) Metode Presipitasi
Metode pengendapan dapat dibagi menjadi pengendapan langsung dan pengendapan homogen. Pengendapan langsung mengacu pada penambahan zat pengendap ke dalam larutan aluminat untuk menghasilkan aluminium hidroksida ultrahalus dengan kemurnian tinggi dalam kondisi tertentu. Selama proses pengendapan, tingkat pencampuran antara zat pengendap dan larutan merupakan faktor kunci yang memengaruhi sifat produk akhir. Pengendapan homogen berbeda dari pengendapan langsung karena laju pertumbuhan pengendapannya relatif lebih lambat.
(5) Metode Sintesis Hidrotermal
Metode hidrotermal menyiapkan ATH dengan memanaskan wadah reaksi tertutup, memungkinkan bahan baku bereaksi dalam media pelarut organik di bawah kondisi suhu dan tekanan tinggi.
(6) Metode Karbonasi
Metode karbonasi melibatkan memasukkan CO₂ ke dalam larutan natrium aluminat dan mengendalikan kondisi reaksi untuk menghasilkan aluminium hidroksida.
2. Modifikasi Permukaan Bubuk Aluminium Hidroksida Ultrahalus
(1) Pengubah Permukaan
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.
Agen pengikat bekerja melalui mekanisme kimia tertentu. Sebagian dari gugus fungsional molekuler berikatan dengan permukaan anorganik. Sementara itu, rantai karbon yang tersisa berikatan dengan bahan polimer. Ikatan ini dapat berupa fisik atau kimia. Ikatan-ikatan ini mengikat erat bahan anorganik dengan polimer organik. Agen pengikat umum meliputi agen pengikat silana, agen pengikat titanat, dan agen pengikat aluminat.
(2) Metode Modifikasi
Saat ini, modifikasi kering dan modifikasi basah terutama digunakan untuk perawatan permukaan ATH.
Modifikasi kering melibatkan penempatan bahan baku bubuk dan pengubah atau pendispersi ke dalam peralatan khusus dan menyesuaikan kecepatan putaran yang sesuai untuk pengadukan dan pencampuran, sehingga memungkinkan pengubah untuk melapisi permukaan bubuk aluminium hidroksida. Metode ini cocok untuk produksi skala besar.
Modifikasi basah mengacu pada penambahan pengubah ke dalam bubur aluminium hidroksida yang telah disiapkan sebelumnya dengan rasio cairan-padat tertentu dan melakukan modifikasi dengan pengadukan dan dispersi menyeluruh pada suhu tertentu. Meskipun metode ini lebih kompleks dalam pengoperasiannya, metode ini memberikan lapisan permukaan yang lebih seragam dan efek modifikasi yang lebih baik.
(3) Mekanisme Modifikasi
Modifikasi permukaan aluminium hidroksida mengacu pada adsorpsi atau pelapisan satu atau lebih zat ke permukaannya untuk membentuk komposit dengan struktur inti-cangkang. Modifikasi permukaan terutama merupakan modifikasi organik dan dapat dibagi menjadi dua kategori.
Metode fisik melibatkan perlakuan pelapisan permukaan menggunakan surfaktan seperti asam lemak rantai panjang, alkohol, amina, dan ester untuk meningkatkan jarak antar partikel, menghambat aglomerasi partikel, dan meningkatkan afinitas antara aluminium hidroksida dan polimer organik. Hal ini meningkatkan ketahanan terhadap api, meningkatkan kinerja pemrosesan, dan lebih meningkatkan ketahanan benturan polimer organik.
Metode kimia mengacu pada penggunaan zat penghubung untuk memodifikasi permukaan aluminium hidroksida. Gugus fungsional dalam molekul zat penghubung bereaksi dengan permukaan serbuk untuk membentuk ikatan kimia, sehingga menghasilkan modifikasi. Molekul zat penghubung memiliki afinitas yang kuat terhadap material organik. Mereka dapat bereaksi langsung dengan polimer organik. Hal ini memungkinkan ATH untuk berikatan erat dengan matriks polimer. Akibatnya, ini meningkatkan sifat keseluruhan material komposit. Beberapa pengubah memiliki mekanisme yang serupa. Ini termasuk silana, titanat, zat penghubung aluminat, dan asam stearat. Struktur molekulnya mengandung gugus afinitas anorganik dan afinitas organik. Gugus dwifungsi ini bertindak sebagai jembatan molekuler. Mereka menghubungkan aluminium hidroksida dengan material organik secara erat.
(4) Evaluasi Efek Modifikasi
Saat ini, ada dua metode yang dapat digunakan untuk mengevaluasi efek modifikasi bubuk aluminium hidroksida.
Metode langsung mengevaluasi efek modifikasi dengan mengukur sifat tahan api dan mekanik komposit yang diisi dengan aluminium hidroksida yang dimodifikasi. Meskipun metode ini relatif kompleks, hasil pengujiannya dapat diandalkan.
Metode tidak langsung mengevaluasi efek modifikasi dengan mengukur perubahan sifat fisik dan kimia permukaan bubuk aluminium hidroksida sebelum dan setelah modifikasi.
Indikator evaluasi spesifik meliputi:
Indeks Aktivasi. Aluminium hidroksida, sebagai material polar anorganik, secara alami mengendap dalam air. Setelah modifikasi, permukaan bubuk menjadi non-polar dan hidrofobisitasnya meningkat, sehingga mencegahnya mengendap dalam air. Perubahan indeks aktivasi mencerminkan tingkat aktivasi permukaan dan mencirikan efektivitas perlakuan modifikasi.
Nilai Penyerapan Minyak. Nilai penyerapan minyak merupakan indikator penting dari dispersi aluminium hidroksida dalam polimer dan mencerminkan porositas serta luas permukaan spesifik bubuk. Modifikasi permukaan meningkatkan dispersi bubuk dalam polimer dan mengurangi rongga yang terbentuk akibat aglomerasi partikel, sehingga menurunkan nilai penyerapan minyak.
Stabilitas Dispersi. Metode ini mengkarakterisasi efek modifikasi permukaan dengan membandingkan perilaku dispersi serbuk aluminium hidroksida yang dimodifikasi dengan berbagai pengubah dalam media dispersi. Mikroskop elektron pemindaian (SEM) dapat digunakan untuk mengamati morfologi dan karakteristik dispersi.
Terima kasih sudah membaca. Semoga artikel saya bermanfaat. Silakan tinggalkan komentar di bawah. Anda juga bisa menghubungi perwakilan pelanggan Zelda online untuk pertanyaan lebih lanjut.
— Diposting oleh Emily Chen