Гидроксид алюминия (АТГ) обладает множеством функций, включая огнестойкость, дымообразование и наполнение. Он не вызывает вторичного загрязнения и может создавать синергетический огнезащитный эффект с различными веществами. Поэтому он широко используется в качестве огнезащитной добавки в композитных материалах и стал наиболее широко используемым экологически чистым неорганическим огнезащитным средством. При использовании гидроксида алюминия в качестве огнезащитной добавки его содержание и размер частицы Ультрадисперсный гидроксид алюминия оказывает значительное влияние на огнезащитные и механические свойства композитного материала. Для достижения определенного уровня огнестойкости обычно требуется относительно высокая концентрация ультрадисперсного гидроксида алюминия. При фиксированном количестве добавки, чем мельче размер частиц, тем лучше огнезащитные свойства. Поэтому мы хотим лучше использовать огнезащитный эффект ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия. Мы также хотим уменьшить негативное влияние на механические свойства. Это влияние становится серьезным при увеличении концентрации. По этим причинам ультрадисперсное и наноразмерное измельчение стали новыми тенденциями развития. Эти тенденции применимы к огнезащитным добавкам на основе ультрадисперсного гидроксида алюминия.
Однако ультрадисперсные порошки имеют очень малый размер частиц и высокую поверхностную энергию, что делает их склонными к агломерации и затрудняет равномерное диспергирование в полимерных матрицах. Более того, ультрадисперсный порошок гидроксида алюминия является типичным полярным неорганическим материалом с плохой совместимостью с органическими полимерами, особенно с неполярными полиолефинами. Слабая межфазная связь приводит к плохому течению расплава во время компаундирования и формования. В результате ухудшаются технологические характеристики и механические свойства. Поэтому крайне важно уменьшить агломерацию среди ультрадисперсных частиц гидроксида алюминия. Также необходимо улучшить межфазную совместимость между порошком гидроксида алюминия и полимерными матрицами и повысить его дисперсию в матрице. Эти факторы имеют решающее значение для получения высокоэффективных огнестойких композитов. Следовательно, они стали ключевыми вопросами в применении ультрадисперсного гидроксида алюминия в огнестойких наполнителях.
1. Получение ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия.
Методы получения ультрадисперсного гидроксида алюминия включают физические и химический методы. Под физическим методом обычно подразумевают механический метод. Химические методы включают в себя несколько техник. К ним относятся метод осаждения затравки, золь-гель метод и метод осаждения. Также к ним относятся метод гидротермального синтеза, метод карбонизации, метод сверхгравитации и другие.
(1) Механический метод
Механический метод использует шлифовальное оборудование нравиться струйные мельницы и шаровые мельницы. Эти инструменты измельчают и перемалывают промытый и высушенный гидроксид алюминия непромышленного качества. В результате получается более мелкий порошок ATH. Порошок ATH, полученный этим методом, имеет неправильную форму частиц. Размер частиц относительно крупный. Он также имеет широкое распределение по размерам. Этот диапазон обычно составляет от 5 до 15 мкм. В результате общая производительность продукта относительно низкая.
При использовании гидроксида алюминия, полученного этим методом, в производстве проводов и кабелей, его технологические свойства, пластичность и огнестойкость значительно уступают аналогичным показателям гидроксида алюминия, полученного химическим методом. Хотя механический метод отличается простым процессом получения и относительно низкой стоимостью эксперимента, продукт содержит более высокие уровни примесей. Кроме того, распределение частиц по размерам неравномерно, что ограничивает его широкое применение.
(2) Метод осаждения семян
Суть широко используемого метода осаждения с затравкой заключается в добавлении ультрадисперсных кристаллов гидроксида алюминия в приготовленный раствор алюмината натрия для получения более чистого и мелкодисперсного порошка ATH. Качество кристаллов-затравок является важным фактором, влияющим на размер частиц порошка ATH.
(3) Метод золь-гель
Этот метод включает гидролиз соединений алюминия при определенной температуре водяной бани, скорости перемешивания и pH для получения золя гидроксида алюминия, который затем при определенных условиях превращается в гель. Конечный ультрадисперсный порошок гидроксида алюминия получают путем сушки и измельчения.
(4) Метод осадков
Методы осаждения можно разделить на прямое осаждение и гомогенное осаждение. Прямое осаждение подразумевает добавление осаждающего агента в раствор алюмината для получения высокочистого ультрадисперсного гидроксида алюминия при определенных условиях. В процессе осаждения степень перемешивания осаждающего агента с раствором является ключевым фактором, влияющим на свойства конечного продукта. Гомогенное осаждение отличается от прямого осаждения тем, что скорость роста осадка относительно ниже.
(5) Метод гидротермального синтеза
Гидротермальный метод получения ATH заключается в нагревании закрытого реакционного сосуда, позволяющем исходным материалам реагировать в среде органического растворителя при высокой температуре и высоком давлении.
(6) Метод карбонизации
Метод карбонизации включает введение CO₂ в раствор алюмината натрия и контроль условий реакции для получения гидроксида алюминия.
2. Модификация поверхности ультрадисперсного порошка гидроксида алюминия
(1) Модификаторы поверхности
В настоящее время основными модификаторами, используемыми для модификации поверхности ультрадисперсного гидроксида алюминия, являются поверхностно-активные вещества и связующие агенты. К распространенным поверхностно-активным веществам относятся додецилбензолсульфонат натрия (SDBS), стеарат натрия и силиконовое масло. Механизм модификации включает в себя наличие полярной группы на одном конце молекулы поверхностно-активного вещества, которая химически реагирует с поверхностью неорганического материала или физически адсорбируется на ней, образуя покрытие слой, а на другом конце находится длинноцепочечная алкильная группа, обладающая высокой совместимостью с полимерами благодаря своей схожей структуре.
Связующие агенты действуют посредством специфического химического механизма. Часть молекулярных функциональных групп связывается с неорганической поверхностью. В то же время оставшиеся углеродные цепи связываются с полимерными материалами. Эта связь может быть как физической, так и химической. Эти связи прочно соединяют неорганический материал с органическими полимерами. К распространенным связующим агентам относятся силановые, титанатные и алюминатные связующие агенты.
(2) Методы модификации
В настоящее время для обработки поверхности ATH в основном используются сухая и влажная модификации.
Сухая модификация включает в себя размещение порошкообразного сырья и модификатора или диспергатора в специальном оборудовании и регулирование соответствующей скорости вращения для перемешивания, что позволяет модификатору покрывать поверхность порошка гидроксида алюминия. Этот метод подходит для крупномасштабного производства.
Влажная модификация подразумевает добавление модификатора в предварительно приготовленную суспензию гидроксида алюминия с определенным соотношением жидкости и твердого вещества и проведение модификации при тщательном перемешивании и диспергировании при определенной температуре. Хотя этот метод более сложен в исполнении, он обеспечивает более равномерное покрытие поверхности и лучшие результаты модификации.
(3) Механизм модификации
Модификация поверхности гидроксида алюминия подразумевает адсорбцию или нанесение на его поверхность одного или нескольких веществ с образованием композита со структурой «ядро-оболочка». Модификация поверхности в основном осуществляется с помощью органических соединений и может быть разделена на две категории.
Физический метод включает обработку поверхности поверхностно-активными веществами, такими как высшие жирные кислоты, спирты, амины и сложные эфиры, для увеличения расстояния между частицами, предотвращения агломерации частиц и улучшения сродства между гидроксидом алюминия и органическими полимерами. Это повышает огнестойкость, улучшает технологические характеристики и дополнительно увеличивает ударопрочность органических полимеров.
Химический метод подразумевает использование связующих агентов для модификации поверхности гидроксида алюминия. Функциональные группы в молекулах связующего агента реагируют с поверхностью порошка, образуя химические связи и тем самым осуществляя модификацию. Молекулы связующего агента обладают сильным сродством к органическим материалам. Они могут непосредственно реагировать с органическими полимерами. Это позволяет гидроксиду алюминия прочно связываться с полимерной матрицей. Следовательно, это улучшает общие свойства композитных материалов. Несколько модификаторов имеют схожий механизм действия. К ним относятся силановые, титанатные, алюминатные связующие агенты и стеариновая кислота. Их молекулярные структуры содержат как неорганические, так и органические сродные группы. Эти двойные функциональные группы действуют как молекулярный мостик, прочно связывая гидроксид алюминия с органическими материалами.
(4) Оценка эффектов модификации
В настоящее время для оценки модифицирующего эффекта порошка гидроксида алюминия можно использовать два метода.
Прямой метод оценивает эффект модификации путем измерения огнестойких и механических свойств композитов, наполненных модифицированным гидроксидом алюминия. Хотя этот метод относительно сложен, результаты испытаний являются надежными.
Косвенный метод оценивает эффект модификации путем измерения изменений физико-химических свойств поверхности порошка гидроксида алюминия до и после модификации.
В число конкретных показателей оценки входят:
Индекс активации. Гидроксид алюминия, как неорганический полярный материал, естественным образом оседает в воде. После модификации поверхность порошка становится неполярной, а его гидрофобность возрастает, что предотвращает его оседание в воде. Изменения индекса активации отражают степень активации поверхности и характеризуют эффективность модифицирующей обработки.
Показатель маслопоглощения. Показатель маслопоглощения является важным индикатором дисперсии гидроксида алюминия в полимерах и отражает пористость и удельную площадь поверхности порошка. Модификация поверхности улучшает дисперсию порошка в полимерах и уменьшает пустоты, образующиеся в результате агломерации частиц, тем самым снижая показатель маслопоглощения.
Дисперсионная стабильность. Этот метод позволяет охарактеризовать эффект модификации поверхности путем сравнения дисперсионного поведения порошков гидроксида алюминия, модифицированных различными модификаторами, в дисперсионных средах. Для наблюдения морфологии и дисперсионных характеристик можно использовать сканирующую электронную микроскопию (СЭМ).
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен