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.
Ancak, ultra ince tozlar çok küçük parçacık boyutlarına ve yüksek yüzey enerjisine sahip olduklarından, kümelenmeye yatkındırlar ve polimer matrislerinde homojen bir şekilde dağılmaları zordur. Dahası, ultra ince alüminyum hidroksit tozu, özellikle polar olmayan poliolefinler olmak üzere organik polimerlerle zayıf uyumluluğa sahip tipik bir polar inorganik malzemedir. Zayıf arayüzey bağlaması, karıştırma ve kalıplama sırasında zayıf erime akışına yol açar. Sonuç olarak, işleme performansı ve mekanik özellikler bozulur. Bu nedenle, ultra ince ATH parçacıkları arasındaki kümelenmeyi azaltmak çok önemlidir. Ayrıca, ATH tozu ile polimer matrisleri arasındaki arayüzey uyumluluğunu iyileştirmek ve matris içindeki dağılımını artırmak da gereklidir. Bu faktörler, yüksek performanslı alev geciktirici kompozitler elde etmek için kritiktir. Sonuç olarak, bunlar ultra ince ATH'nin alev geciktirici dolgulu malzemelerde uygulanmasında kilit konular haline gelmiştir.
1. Ultra İnce Alüminyum Hidroksit Tozunun Hazırlanması
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) Mekanik Yöntem
Mekanik yöntem şu yöntemleri kullanır: öğütme ekipmanı beğenmek jet değirmenleri Ve bilyalı değirmenler. Bu aletler, yıkanmış ve kurutulmuş endüstriyel olmayan alüminyum hidroksiti ezip öğütür. Bu işlem daha ince ATH tozu oluşturur. Bu yöntemle elde edilen ATH tozunun parçacık şekilleri düzensizdir. Parçacık boyutu nispeten iridir. Ayrıca geniş bir boyut dağılımına sahiptir. Bu aralık genellikle 5 ile 15 μm arasındadır. Sonuç olarak, genel ürün performansı nispeten düşüktür.
Bu yöntemle üretilen alüminyum hidroksit, tel ve kablo üretiminde kullanıldığında, işleme performansı, süneklik ve alev geciktirici performansı, kimyasal yöntemlerle üretilen alüminyum hidroksite kıyasla çok daha düşüktür. Mekanik yöntem, basit bir hazırlama süreci ve nispeten düşük deney maliyeti sunsa da, ürün daha yüksek safsızlık seviyeleri içerir. Ayrıca, parçacık boyutu dağılımı düzensizdir, bu da yaygın uygulamasını sınırlar.
(2) Tohum Çökeltme Yöntemi
Yaygın olarak kullanılan tohum çöktürme yönteminin özü, daha saf ve daha ince ATH tozu üretmek için hazırlanmış sodyum alüminat çözeltisine ultra ince alüminyum hidroksit kristal tohumlarının eklenmesidir. Kristal tohumlarının kalitesi, ATH tozunun parçacık boyutunu etkileyen önemli bir faktördür.
(3) Sol-Jel Yöntemi
Bu yöntem, belirli su banyosu sıcaklığı, karıştırma hızı ve pH koşulları altında alüminyum bileşiklerinin hidroliziyle bir alüminyum hidroksit solü oluşturulmasını ve ardından belirli koşullar altında jel haline dönüşmesini içerir. Son olarak, kurutma ve öğütme yoluyla ultra ince alüminyum hidroksit tozu elde edilir.
(4) Çökeltme Yöntemi
Çökeltme yöntemi, doğrudan çökeltme ve homojen çökeltme olmak üzere ikiye ayrılabilir. Doğrudan çökeltme, belirli koşullar altında yüksek saflıkta ultra ince alüminyum hidroksit hazırlamak için bir çökeltme maddesinin alüminat çözeltisine eklenmesini ifade eder. Çökeltme işlemi sırasında, çökeltme maddesi ile çözelti arasındaki karışım derecesi, nihai ürün özelliklerini etkileyen önemli bir faktördür. Homojen çökeltme, çökeltme büyüme hızının nispeten daha yavaş olması bakımından doğrudan çökeltmeden farklıdır.
(5) Hidrotermal Sentez Yöntemi
Hidrotermal yöntem, kapalı bir reaksiyon kabının ısıtılmasıyla ATH'nin hazırlanmasını sağlar; bu yöntemde ham maddeler yüksek sıcaklık ve yüksek basınç koşulları altında organik bir çözücü ortamında reaksiyona girer.
(6) Karbonasyon Yöntemi
Karbonatlama yöntemi, sodyum alüminat çözeltisine CO₂ eklenmesini ve reaksiyon koşullarının kontrol edilmesini içererek alüminyum hidroksit hazırlanmasını sağlar.
2. Yüzey Modifikasyonu Ultra ince alüminyum hidroksit tozu
(1) Yüzey Değiştiriciler
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.
Bağlayıcı maddeler belirli bir kimyasal mekanizma aracılığıyla çalışır. Moleküler fonksiyonel grupların bir kısmı inorganik yüzeyle bağlanır. Bu sırada, kalan karbon zincirleri polimer malzemelerle bağlanır. Bu bağ fiziksel veya kimyasal olabilir. Bu bağlantılar, inorganik malzemeyi organik polimerlere sıkıca bağlar. Yaygın bağlayıcı maddeler arasında silan bağlayıcı maddeler, titanat bağlayıcı maddeler ve alüminat bağlayıcı maddeler bulunur.
(2) Değiştirme Yöntemleri
Günümüzde ATH'nin yüzey işleminde ağırlıklı olarak kuru modifikasyon ve ıslak modifikasyon yöntemleri kullanılmaktadır.
Kuru modifikasyon, toz halindeki ham maddenin ve modifiye edici maddenin veya dağıtıcı maddenin özel bir ekipmana yerleştirilmesini ve karıştırma için uygun dönme hızının ayarlanmasını içerir; bu sayede modifiye edici madde alüminyum hidroksit tozunun yüzeyini kaplar. Bu yöntem, büyük ölçekli üretim için uygundur.
Islak modifikasyon, önceden hazırlanmış, belirli bir sıvı-katı oranına sahip alüminyum hidroksit bulamacına modifiye edici maddenin eklenmesi ve belirli bir sıcaklıkta iyice karıştırılıp dağıtılarak modifikasyon işleminin gerçekleştirilmesi anlamına gelir. Bu yöntem işlem açısından daha karmaşık olsa da, daha düzgün bir yüzey kaplaması ve daha iyi modifikasyon etkileri sağlar.
(3) Modifikasyon Mekanizması
Alüminyum hidroksitin yüzey modifikasyonu, çekirdek-kabuk yapısına sahip bir kompozit oluşturmak üzere bir veya daha fazla maddenin yüzeyine adsorbe edilmesi veya kaplanması anlamına gelir. Yüzey modifikasyonu esas olarak organik modifikasyondur ve iki kategoriye ayrılabilir.
Fiziksel yöntem, parçacıklar arasındaki mesafeyi artırmak, parçacık kümelenmesini engellemek ve alüminyum hidroksit ile organik polimerler arasındaki afiniteyi iyileştirmek için yüksek yağ asitleri, alkoller, aminler ve esterler gibi yüzey aktif maddeler kullanılarak yüzey kaplama işlemini içerir. Bu, alev geciktiriciliği artırır, işleme performansını iyileştirir ve organik polimerlerin darbe direncini daha da artırır.
Kimyasal yöntem, alüminyum hidroksit yüzeyini değiştirmek için bağlayıcı maddelerin kullanılmasını ifade eder. Bağlayıcı madde moleküllerindeki fonksiyonel gruplar, toz yüzeyiyle reaksiyona girerek kimyasal bağlar oluşturur ve böylece modifikasyon sağlanır. Bağlayıcı madde molekülleri organik malzemelere karşı güçlü bir afiniteye sahiptir. Organik polimerlerle doğrudan reaksiyona girebilirler. Bu, ATH'nin polimer matrisiyle sıkıca bağlanmasını sağlar. Sonuç olarak, bu, kompozit malzemelerin genel özelliklerini iyileştirir. Birçok değiştirici benzer bir mekanizmaya sahiptir. Bunlar arasında silan, titanat, alüminat bağlayıcı maddeler ve stearik asit bulunur. Moleküler yapıları hem inorganik afiniteli hem de organik afiniteli gruplar içerir. Bu çift fonksiyonlu gruplar moleküler bir köprü görevi görür. Alüminyum hidroksiti organik malzemelere sıkıca bağlarlar.
(4) Değişiklik Etkilerinin Değerlendirilmesi
Şu anda alüminyum hidroksit tozunun modifikasyon etkisini değerlendirmek için iki yöntem kullanılabilmektedir.
Doğrudan yöntem, modifiye edilmiş alüminyum hidroksit ile doldurulmuş kompozitlerin alev geciktirici ve mekanik özelliklerini ölçerek modifikasyon etkisini değerlendirir. Bu yöntem nispeten karmaşık olsa da, test sonuçları güvenilirdir.
Dolaylı yöntem, modifikasyon öncesi ve sonrası alüminyum hidroksit tozu yüzeyinin fiziksel ve kimyasal özelliklerindeki değişiklikleri ölçerek modifikasyon etkisini değerlendirir.
Spesifik değerlendirme göstergeleri şunlardır:
Aktivasyon Endeksi. İnorganik polar bir malzeme olan alüminyum hidroksit, doğal olarak suda çökelir. Modifikasyondan sonra, toz yüzeyi polar olmayan bir hal alır ve hidrofobikliği artarak suda çökelmesini engeller. Aktivasyon indeksindeki değişiklikler, yüzey aktivasyonunun derecesini yansıtır ve modifikasyon işleminin etkinliğini karakterize eder.
Yağ Emme Değeri. Yağ emme değeri, alüminyum hidroksitin polimerler içindeki dağılımının önemli bir göstergesidir ve tozun gözenekliliğini ve özgül yüzey alanını yansıtır. Yüzey modifikasyonu, tozun polimerler içindeki dağılımını iyileştirir ve parçacık kümelenmesiyle oluşan boşlukları azaltarak yağ emme değerini düşürür.
Dağılım Kararlılığı. Bu yöntem, farklı modifiye edicilerle modifiye edilmiş alüminyum hidroksit tozlarının dağılım ortamlarındaki dağılım davranışlarını karşılaştırarak yüzey modifikasyonunun etkisini karakterize eder. Morfoloji ve dağılım özelliklerini gözlemlemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılabilir.
"Okuduğunuz için teşekkürler. Umarım makalem yardımcı olur. Lütfen aşağıya yorum bırakın. Daha fazla bilgi için Zelda online müşteri temsilcisiyle de iletişime geçebilirsiniz."
— Gönderen Emily Chen