อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (ATH) มีคุณสมบัติหลายประการ ได้แก่ การหน่วงไฟ การลดควัน และการเติมเต็มช่องว่าง ไม่ก่อให้เกิดมลพิษรอง และสามารถสร้างผลเสริมฤทธิ์ในการหน่วงไฟร่วมกับสารต่างๆ ได้ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะสารเติมแต่งหน่วงไฟในวัสดุคอมโพสิต และกลายเป็นสารหน่วงไฟอนินทรีย์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เมื่อใช้อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นสารเติมแต่งหน่วงไฟ ปริมาณและคุณสมบัติของมันจะต้องได้รับการพิจารณาด้วย ขนาดอนุภาค ขนาดของอนุภาคมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติการหน่วงไฟและคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุคอมโพสิต เพื่อให้ได้ระดับการหน่วงไฟที่ต้องการ มักจะต้องใช้ปริมาณ ATH ที่ค่อนข้างสูง เมื่อปริมาณการใช้คงที่ ขนาดอนุภาคที่ละเอียดกว่าจะให้ประสิทธิภาพการหน่วงไฟที่ดีกว่า ดังนั้น เราจึงต้องการใช้ประโยชน์จากผลการหน่วงไฟของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษให้ดียิ่งขึ้น และเราต้องการลดผลกระทบเชิงลบต่อคุณสมบัติเชิงกล ซึ่งผลกระทบนี้จะรุนแรงขึ้นเมื่อระดับการใช้เพิ่มขึ้น ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ขนาดอนุภาคละเอียดพิเศษและระดับนาโนจึงกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาใหม่ แนวโน้มเหล่านี้ใช้ได้กับสารหน่วงไฟ ATH ด้วย.
อย่างไรก็ตาม ผงละเอียดพิเศษมีขนาดอนุภาคเล็กมากและมีพลังงานพื้นผิวสูง ทำให้มีแนวโน้มที่จะเกิดการรวมตัวกันและกระจายตัวได้ไม่สม่ำเสมอในเมทริกซ์พอลิเมอร์ได้ยาก นอกจากนี้ ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษยังเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่มีขั้วซึ่งเข้ากันได้ไม่ดีกับพอลิเมอร์อินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพอลิโอเลฟินที่ไม่มีขั้ว การยึดเกาะระหว่างพื้นผิวที่อ่อนแอทำให้การไหลของวัสดุหลอมเหลวไม่ดีในระหว่างการผสมและการขึ้นรูป ส่งผลให้ประสิทธิภาพการประมวลผลและคุณสมบัติทางกลลดลง ดังนั้น การลดการรวมตัวของอนุภาค ATH ละเอียดพิเศษจึงเป็นสิ่งสำคัญ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างพื้นผิวของผง ATH กับเมทริกซ์พอลิเมอร์และเพิ่มการกระจายตัวภายในเมทริกซ์ ปัจจัยเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิตวัสดุคอมโพสิตหน่วงไฟประสิทธิภาพสูง ดังนั้นจึงกลายเป็นประเด็นสำคัญในการประยุกต์ใช้ ATH ละเอียดพิเศษในวัสดุที่เติมสารหน่วงไฟ.
1. การเตรียมผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ
วิธีการเตรียมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ ได้แก่ วิธีทางกายภาพและ เคมี วิธีการต่างๆ วิธีการทางกายภาพโดยทั่วไปหมายถึงวิธีการทางกล วิธีการทางเคมีประกอบด้วยเทคนิคหลายอย่าง ซึ่งรวมถึงวิธีการตกตะกอนของเมล็ด วิธีการโซล-เจล และวิธีการตกตะกอน นอกจากนี้ยังรวมถึงวิธีการสังเคราะห์ด้วยความร้อน วิธีการคาร์บอเนต วิธีการแรงโน้มถ่วงสูง และอื่นๆ.
(1) วิธีทางกล
วิธีการเชิงกลใช้ อุปกรณ์บด ชอบ โรงสีเจ็ท และ เครื่องบดลูกบอล. เครื่องมือเหล่านี้ใช้บดและโม่ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ไม่ผ่านการใช้งานในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งผ่านการล้างและทำให้แห้งแล้ว กระบวนการนี้ทำให้ได้ผง ATH ที่ละเอียดขึ้น ผง ATH ที่ได้จากวิธีนี้มีรูปร่างอนุภาคไม่สม่ำเสมอ ขนาดอนุภาคค่อนข้างหยาบ และมีการกระจายขนาดที่กว้าง โดยทั่วไปอยู่ในช่วงระหว่าง 5 ถึง 15 ไมโครเมตร ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมของผลิตภัณฑ์ค่อนข้างต่ำ.
เมื่อนำอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ผลิตด้วยวิธีนี้ไปใช้ในการผลิตสายไฟและสายเคเบิล ประสิทธิภาพในการแปรรูป ความยืดหยุ่น และคุณสมบัติในการหน่วงไฟจะด้อยกว่าอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ผลิตด้วยวิธีทางเคมีอย่างมาก แม้ว่าวิธีเชิงกลจะมีกระบวนการเตรียมที่ง่ายและต้นทุนการทดลองค่อนข้างต่ำ แต่ผลิตภัณฑ์จะมีสิ่งเจือปนในระดับสูงกว่า นอกจากนี้ การกระจายขนาดอนุภาคยังไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลาย.
(2) วิธีการตกตะกอนเมล็ด
หัวใจสำคัญของวิธีการตกตะกอนด้วยเมล็ดที่ใช้กันทั่วไปคือการเติมเมล็ดผลึกอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษลงในสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตที่เตรียมไว้ เพื่อผลิตผง ATH ที่บริสุทธิ์และละเอียดขึ้น คุณภาพของเมล็ดผลึกเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อขนาดอนุภาคของผง ATH.
(3) วิธีโซล-เจล
วิธีการนี้เกี่ยวข้องกับการไฮโดรไลซิสสารประกอบอะลูมิเนียมภายใต้อุณหภูมิอ่างน้ำ อัตราการกวน และสภาวะ pH ที่เฉพาะเจาะจง เพื่อสร้างสารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นเจลภายใต้สภาวะบางอย่าง จากนั้นจึงได้ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษโดยผ่านกระบวนการอบแห้งและบด.
(4) วิธีการตกตะกอน
วิธีการตกตะกอนสามารถแบ่งออกเป็น การตกตะกอนโดยตรงและการตกตะกอนแบบเอกพันธ์ การตกตะกอนโดยตรงหมายถึงการเติมสารตกตะกอนลงในสารละลายอะลูมิเนตเพื่อเตรียมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงและมีอนุภาคละเอียดพิเศษภายใต้สภาวะที่กำหนด ในระหว่างกระบวนการตกตะกอน ระดับการผสมระหว่างสารตกตะกอนและสารละลายเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย การตกตะกอนแบบเอกพันธ์แตกต่างจากการตกตะกอนโดยตรงตรงที่อัตราการเติบโตของตะกอนค่อนข้างช้ากว่า.
(5) วิธีการสังเคราะห์ด้วยความร้อน
วิธีการไฮโดรเทอร์มอลเตรียม ATH โดยการให้ความร้อนแก่ภาชนะปฏิกิริยาแบบปิด ทำให้วัตถุดิบทำปฏิกิริยาในตัวทำละลายอินทรีย์ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและความดันสูง.
(6) วิธีการคาร์บอเนต
วิธีการคาร์บอเนชั่นเกี่ยวข้องกับการนำ CO₂ เข้าสู่สารละลายโซเดียมอะลูมิเนตและควบคุมสภาวะการเกิดปฏิกิริยาเพื่อเตรียมอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์.
2. การปรับเปลี่ยนพื้นผิว ผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ
(1) สารปรับแต่งพื้นผิว
ปัจจุบัน สารปรับแต่งพื้นผิวหลักที่ใช้ในการปรับแต่งพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ละเอียดพิเศษ ได้แก่ สารลดแรงตึงผิวและสารเชื่อมประสาน สารลดแรงตึงผิวที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โซเดียมโดเดซิลเบนซีนซัลโฟเนต (SDBS) โซเดียมสเตียเรต และน้ำมันซิลิโคน กลไกการปรับแต่งเกี่ยวข้องกับปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลสารลดแรงตึงผิวที่มีหมู่ขั้ว ซึ่งทำปฏิกิริยาทางเคมีหรือดูดซับทางกายภาพกับพื้นผิวของวัสดุอนินทรีย์ ทำให้เกิดโครงสร้างใหม่ การเคลือบ ปลายด้านหนึ่งประกอบด้วยชั้นหนึ่ง ในขณะที่ปลายอีกด้านหนึ่งประกอบด้วยหมู่แอลคิลสายยาวที่มีความเข้ากันได้ดีกับโพลิเมอร์เนื่องจากมีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน.
สารเชื่อมประสานทำงานผ่านกลไกทางเคมีเฉพาะ ส่วนหนึ่งของหมู่ฟังก์ชันโมเลกุลจะสร้างพันธะกับพื้นผิวอนินทรีย์ ในขณะที่โซ่คาร์บอนที่เหลือจะสร้างพันธะกับวัสดุพอลิเมอร์ พันธะนี้อาจเป็นได้ทั้งทางกายภาพหรือทางเคมี การเชื่อมต่อเหล่านี้จะเชื่อมโยงวัสดุอนินทรีย์เข้ากับพอลิเมอร์อินทรีย์อย่างแน่นหนา สารเชื่อมประสานที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สารเชื่อมประสานซิเลน สารเชื่อมประสานไททาเนต และสารเชื่อมประสานอะลูมิเนต.
(2) วิธีการดัดแปลง
ปัจจุบัน การปรับปรุงพื้นผิวของ ATH ส่วนใหญ่ใช้วิธีการปรับปรุงพื้นผิวแบบแห้งและแบบเปียก.
การปรับปรุงคุณสมบัติแบบแห้งเกี่ยวข้องกับการใส่ผงวัตถุดิบและสารปรับปรุงคุณสมบัติหรือสารช่วยกระจายตัวลงในอุปกรณ์เฉพาะ และปรับความเร็วรอบที่เหมาะสมสำหรับการกวนและการผสม เพื่อให้สารปรับปรุงคุณสมบัติเคลือบผิวของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมาก.
การปรับปรุงพื้นผิวแบบเปียก หมายถึงการเติมสารปรับปรุงพื้นผิวลงในสารละลายอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่เตรียมไว้ล่วงหน้า โดยมีอัตราส่วนของของเหลวต่อของแข็งที่แน่นอน และทำการปรับปรุงพื้นผิวภายใต้การกวนและการกระจายตัวอย่างทั่วถึงที่อุณหภูมิที่กำหนด แม้ว่าวิธีนี้จะมีขั้นตอนการทำงานที่ซับซ้อนกว่า แต่ก็ให้การเคลือบผิวที่สม่ำเสมอกว่าและผลการปรับปรุงพื้นผิวที่ดีกว่า.
(3) กลไกการปรับเปลี่ยน
การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ หมายถึงการดูดซับหรือการเคลือบสารหนึ่งชนิดหรือมากกว่านั้นลงบนพื้นผิวเพื่อสร้างสารประกอบที่มีโครงสร้างแบบแกนและเปลือก การปรับเปลี่ยนพื้นผิวส่วนใหญ่เป็นการปรับเปลี่ยนด้วยสารอินทรีย์ และสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท.
วิธีการทางกายภาพเกี่ยวข้องกับการเคลือบผิวโดยใช้สารลดแรงตึงผิว เช่น กรดไขมันสายยาว แอลกอฮอล์ เอมีน และเอสเทอร์ เพื่อเพิ่มระยะห่างระหว่างอนุภาค ยับยั้งการรวมตัวของอนุภาค และปรับปรุงความเข้ากันได้ระหว่างอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์กับพอลิเมอร์อินทรีย์ ซึ่งจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติหน่วงไฟ ปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผล และเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกของพอลิเมอร์อินทรีย์ให้ดียิ่งขึ้น.
วิธีการทางเคมีหมายถึงการใช้สารเชื่อมประสานเพื่อปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ หมู่ฟังก์ชันในโมเลกุลของสารเชื่อมประสานจะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวของผงเพื่อสร้างพันธะเคมี ทำให้เกิดการปรับเปลี่ยนพื้นผิว โมเลกุลของสารเชื่อมประสานมีความสัมพันธ์อย่างมากกับวัสดุอินทรีย์ พวกมันสามารถทำปฏิกิริยาโดยตรงกับพอลิเมอร์อินทรีย์ ทำให้ ATH สามารถยึดติดกับเมทริกซ์พอลิเมอร์ได้อย่างแน่นหนา ส่งผลให้คุณสมบัติโดยรวมของวัสดุคอมโพสิตดีขึ้น สารปรับเปลี่ยนหลายชนิดมีกลไกที่คล้ายกัน ได้แก่ สารเชื่อมประสานไซเลน ไททาเนต อะลูมิเนต และกรดสเตียริก โครงสร้างโมเลกุลของพวกมันประกอบด้วยทั้งหมู่ที่ชอบสารอนินทรีย์และหมู่ที่ชอบสารอินทรีย์ หมู่ฟังก์ชันคู่เหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสะพานโมเลกุล พวกมันเชื่อมต่ออะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์กับวัสดุอินทรีย์อย่างแน่นหนา.
(4) การประเมินผลกระทบของการปรับเปลี่ยน
ปัจจุบัน สามารถใช้สองวิธีในการประเมินผลการปรับปรุงคุณสมบัติของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ได้.
วิธีการโดยตรงจะประเมินผลของการปรับปรุงโดยการวัดคุณสมบัติการหน่วงไฟและคุณสมบัติทางกลของวัสดุคอมโพสิตที่เติมด้วยอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ได้รับการปรับปรุง แม้ว่าวิธีการนี้จะค่อนข้างซับซ้อน แต่ผลการทดสอบมีความน่าเชื่อถือ.
วิธีการทางอ้อมจะประเมินผลของการปรับปรุงโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของพื้นผิวผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ก่อนและหลังการปรับปรุง.
ตัวชี้วัดการประเมินเฉพาะ ได้แก่:
ดัชนีการกระตุ้น. อะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์เป็นสารอนินทรีย์ที่มีขั้ว จึงตกตะกอนในน้ำได้ตามธรรมชาติ หลังจากปรับปรุงพื้นผิวแล้ว ผงจะมีสภาพไม่มีขั้วและมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำมากขึ้น ทำให้ไม่ตกตะกอนในน้ำ การเปลี่ยนแปลงของดัชนีการกระตุ้นสะท้อนถึงระดับการกระตุ้นพื้นผิวและบ่งบอกถึงประสิทธิภาพของการปรับปรุงพื้นผิว.
ค่าการดูดซับน้ำมัน. ค่าการดูดซับน้ำมันเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของการกระจายตัวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ในพอลิเมอร์ และสะท้อนถึงความพรุนและพื้นที่ผิวจำเพาะของผง การปรับปรุงพื้นผิวช่วยเพิ่มการกระจายตัวของผงในพอลิเมอร์และลดช่องว่างที่เกิดจากการรวมตัวของอนุภาค จึงทำให้ค่าการดูดซับน้ำมันลดลง.
ความเสถียรของการกระจายตัว. วิธีการนี้ใช้ในการศึกษาผลกระทบของการปรับเปลี่ยนพื้นผิวโดยการเปรียบเทียบพฤติกรรมการกระจายตัวของผงอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ที่ได้รับการปรับเปลี่ยนด้วยสารปรับเปลี่ยนพื้นผิวที่แตกต่างกันในตัวกลางการกระจายตัว สามารถใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ในการสังเกตลักษณะทางสัณฐานวิทยาและลักษณะการกระจายตัวได้.
ขอบคุณที่อ่านนะคะ หวังว่าบทความของฉันจะเป็นประโยชน์นะคะ แสดงความคิดเห็นไว้ด้านล่างได้เลยค่ะ หรือหากมีข้อสงสัยเพิ่มเติม สามารถติดต่อตัวแทนฝ่ายบริการลูกค้าออนไลน์ของ Zelda ได้ค่ะ
— โพสต์โดย เอมิลี่ เฉิน