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.
Ultrafijne poeders hebben echter zeer kleine deeltjesgroottes en een hoge oppervlakte-energie, waardoor ze gevoelig zijn voor agglomeratie en moeilijk uniform te dispergeren zijn in polymeermatrices. Bovendien is ultrafijn aluminiumhydroxidepoeder een typisch polair anorganisch materiaal met een slechte compatibiliteit met organische polymeren, met name niet-polaire polyolefinen. Zwakke interfaciale binding leidt tot een slechte smeltvloei tijdens het mengen en vormen. Als gevolg hiervan verslechteren de verwerkingsprestaties en de mechanische eigenschappen. Het verminderen van agglomeratie tussen ultrafijne ATH-deeltjes is daarom essentieel. Het is ook noodzakelijk om de interfaciale compatibiliteit tussen ATH-poeder en polymeermatrices te verbeteren en de dispersie ervan in de matrix te bevorderen. Deze factoren zijn cruciaal voor het verkrijgen van hoogwaardige vlamvertragende composieten. Bijgevolg zijn ze belangrijke aandachtspunten geworden bij de toepassing van ultrafijn ATH in vlamvertragende vulmaterialen.
1. Bereiding van ultrafijn aluminiumhydroxidepoeder
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) Mechanische methode
De mechanische methode maakt gebruik van slijpapparatuur leuk vinden straalmolens En kogelmolens. Deze machines vermalen en pletten gewassen en gedroogd aluminiumhydroxide van niet-industriële kwaliteit. Dit proces creëert fijner ATH-poeder. Het ATH-poeder dat met deze methode wordt geproduceerd, heeft onregelmatige deeltjesvormen. De deeltjesgrootte is relatief grof. Het heeft ook een brede spreiding. Deze spreiding ligt over het algemeen tussen 5 en 15 μm. Als gevolg hiervan zijn de algehele productprestaties relatief slecht.
Wanneer aluminiumhydroxide dat met deze methode is geproduceerd, wordt gebruikt bij de fabricage van draden en kabels, zijn de verwerkingseigenschappen, de buigzaamheid en de brandvertragende eigenschappen aanzienlijk minder goed dan die van aluminiumhydroxide dat met chemische methoden is geproduceerd. Hoewel de mechanische methode een eenvoudig bereidingsproces en relatief lage experimentele kosten kent, bevat het product een hoger gehalte aan onzuiverheden. Bovendien is de deeltjesgrootteverdeling ongelijk, wat de brede toepasbaarheid ervan beperkt.
(2) Zaadprecipitatiemethode
De kern van de veelgebruikte zaadprecipitatiemethode is het toevoegen van ultrafijne aluminiumhydroxidekristallen aan een bereide natriumaluminaatoplossing om zuiverder en fijner ATH-poeder te produceren. De kwaliteit van de kristallen is een belangrijke factor die de deeltjesgrootte van het ATH-poeder beïnvloedt.
(3) Sol-gelmethode
Bij deze methode worden aluminiumverbindingen gehydrolyseerd onder specifieke omstandigheden wat betreft watertemperatuur, roersnelheid en pH-waarde, waardoor een aluminiumhydroxidesol ontstaat die vervolgens onder bepaalde omstandigheden in een gel verandert. Het uiteindelijke ultrafijne aluminiumhydroxidepoeder wordt verkregen door drogen en malen.
(4) Neerslagmethode
De precipitatiemethode kan worden onderverdeeld in directe precipitatie en homogene precipitatie. Bij directe precipitatie wordt een precipitatiemiddel toegevoegd aan een aluminaatoplossing om onder bepaalde omstandigheden zeer zuiver ultrafijn aluminiumhydroxide te bereiden. Tijdens het precipitatieproces is de mate van menging tussen het precipitatiemiddel en de oplossing een belangrijke factor die de eigenschappen van het eindproduct beïnvloedt. Homogene precipitatie verschilt van directe precipitatie doordat de precipitatiegroeisnelheid relatief lager ligt.
(5) Hydrothermische synthesemethode
Bij de hydrothermische methode wordt ATH bereid door een gesloten reactievat te verwarmen, waardoor de grondstoffen in een organisch oplosmiddel onder hoge temperatuur en hoge druk met elkaar kunnen reageren.
(6) Carbonatiemethode
Bij de carbonisatiemethode wordt CO₂ in een natriumaluminaatoplossing gebracht en worden de reactieomstandigheden gecontroleerd om aluminiumhydroxide te bereiden.
2. Oppervlaktemodificatie van ultrafijn aluminiumhydroxidepoeder
(1) Oppervlaktemodificatoren
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.
Koppelingsmiddelen werken via een specifiek chemisch mechanisme. Een deel van de moleculaire functionele groepen bindt zich aan het anorganische oppervlak. De overige koolstofketens binden zich aan de polymere materialen. Deze binding kan fysiek of chemisch zijn. Deze verbindingen zorgen voor een stevige koppeling tussen het anorganische materiaal en de organische polymeren. Veelgebruikte koppelingsmiddelen zijn silaankoppelingsmiddelen, titanaatkoppelingsmiddelen en aluminaatkoppelingsmiddelen.
(2) Modificatiemethoden
Momenteel worden voor de oppervlaktebehandeling van ATH hoofdzakelijk droge en natte modificaties gebruikt.
Bij droge modificatie worden het poedervormige ruwe materiaal en de modifier of dispergeermiddel in specifieke apparatuur geplaatst en wordt de juiste rotatiesnelheid ingesteld voor roeren en mengen, waardoor de modifier het oppervlak van het aluminiumhydroxidepoeder kan bedekken. Deze methode is geschikt voor grootschalige productie.
Natte modificatie houdt in dat de modifier wordt toegevoegd aan een vooraf bereide suspensie van aluminiumhydroxide met een bepaalde vloeistof-vaststofverhouding, waarna de modificatie plaatsvindt onder grondig roeren en dispergeren bij een bepaalde temperatuur. Hoewel deze methode complexer is, levert ze een gelijkmatigere oppervlaktecoating en betere modificatieresultaten op.
(3) Wijzigingsmechanisme
Oppervlaktemodificatie van aluminiumhydroxide verwijst naar de adsorptie of coating van een of meer stoffen op het oppervlak om een composiet met een kern-mantelstructuur te vormen. De oppervlaktemodificatie is hoofdzakelijk organisch van aard en kan in twee categorieën worden verdeeld.
De fysische methode omvat een oppervlaktebehandeling met oppervlakteactieve stoffen zoals hogere vetzuren, alcoholen, aminen en esters om de afstand tussen de deeltjes te vergroten, de agglomeratie van deeltjes te remmen en de affiniteit tussen aluminiumhydroxide en organische polymeren te verbeteren. Dit verhoogt de brandvertragende eigenschappen, de verwerkbaarheid en de slagvastheid van de organische polymeren.
De chemische methode verwijst naar het gebruik van koppelingsmiddelen om het oppervlak van aluminiumhydroxide te modificeren. Functionele groepen in de moleculen van het koppelingsmiddel reageren met het poederoppervlak en vormen chemische bindingen, waardoor modificatie plaatsvindt. Moleculen van het koppelingsmiddel hebben een sterke affiniteit voor organische materialen. Ze kunnen rechtstreeks reageren met organische polymeren. Hierdoor kan ATH zich stevig binden aan de polymeermatrix. Dit verbetert de algehele eigenschappen van de composietmaterialen. Verschillende modificatoren werken volgens een vergelijkbaar mechanisme. Voorbeelden hiervan zijn silaan-, titanaat- en aluminaatkoppelingsmiddelen, en stearinezuur. Hun moleculaire structuren bevatten zowel anorganisch-affiene als organisch-affiene groepen. Deze dubbelfunctionele groepen fungeren als een moleculaire brug. Ze verbinden het aluminiumhydroxide stevig met de organische materialen.
(4) Evaluatie van de effecten van de modificatie
Momenteel kunnen twee methoden worden gebruikt om het modificatie-effect van aluminiumhydroxidepoeder te evalueren.
De directe methode evalueert het modificatie-effect door de vlamvertragende en mechanische eigenschappen te meten van composieten gevuld met gemodificeerd aluminiumhydroxide. Hoewel deze methode relatief complex is, zijn de testresultaten betrouwbaar.
De indirecte methode evalueert het modificatie-effect door veranderingen in de fysische en chemische eigenschappen van het oppervlak van het aluminiumhydroxidepoeder te meten vóór en na de modificatie.
Specifieke evaluatie-indicatoren zijn onder meer:
Activeringsindex. Aluminiumhydroxide, een anorganisch polair materiaal, bezinkt van nature in water. Na modificatie wordt het poederoppervlak niet-polair en neemt de hydrofobiciteit toe, waardoor het niet meer in water bezinkt. Veranderingen in de activatie-index weerspiegelen de mate van oppervlakteactivering en karakteriseren de effectiviteit van de modificatiebehandeling.
Olieabsorptiewaarde. De olieabsorptiewaarde is een belangrijke indicator voor de dispersie van aluminiumhydroxide in polymeren en weerspiegelt de porositeit en het specifieke oppervlak van het poeder. Oppervlaktemodificatie verbetert de dispersie van het poeder in polymeren en vermindert holtes die ontstaan door agglomeratie van deeltjes, waardoor de olieabsorptiewaarde daalt.
Dispersiestabiliteit. Deze methode karakteriseert het effect van oppervlaktemodificatie door het dispersiegedrag van aluminiumhydroxidepoeders, gemodificeerd met verschillende modificatoren, in dispersiemedia te vergelijken. Scanningelektronenmicroscopie (SEM) kan worden gebruikt om de morfologie en dispersie-eigenschappen te observeren.
Bedankt voor het lezen. Ik hoop dat mijn artikel je helpt. Laat hieronder een reactie achter. Je kunt ook contact opnemen met de klantenservice van Zelda Online voor verdere vragen.
— Geplaatst door Emily Chen