У сфері полімерних антипіренів,гідроксид алюмінію (АТГ)довгий час утримував провідну позицію на ринку антипіренів завдяки таким перевагам, як нетоксичність, придушення диму, екологічність і відносно низька вартість. Однак звичайний ATH, виготовлений традиційним методом осадження, часто має обмеження, такі як велика кількість наповнювача, погана сумісність і значні механічні втрати, коли він відповідає все більш вимогливим вимогам високої ефективності полімерних матеріалів. Останніми роками шліфування ATH (також відоме як «модифікований ATH» або «надтонкий ATH»), глибоко оброблене за допомогою технології фізичної обробки, стало новою силою, що призвело до важливого оновлення технології застосування ATH. У цій статті буде детально проаналізовано суттєві відмінності між наземним ATH і звичайним ATH з професійної точки зору матеріалознавства, фізичної хімії поверхні та розробки інтерфейсу композитних матеріалів.
Звичайний ATH: зазвичай відноситься до гідроксиду алюмінію, безпосередньо осадженого за допомогою вологих хімічних процесів, таких як процес Байєра (розкладання розчину алюмінату натрію) або процес бікарбонату амонію. Його кристалічна морфологія здебільшого є неправильною пластинчастою, призматичною або сферичною, з широким розподілом частинок за розміром (D50 зазвичай в діапазоні 10-50 мкм), гідрофільною поверхнею, що містить велику кількість гідроксильних груп (-OH), і демонструє сильну полярність.
Шліфування ATH: Використовуючи звичайний ATH як сировину, глибока переробка здійснюється за допомогою механохімічного процесу. Цей процес є не просто «подрібненням», а скоріше процесом досягнення дроблення частинок, сфероїдизації та реконструкції поверхневих фізико-хімічних властивостей під дією механічної енергії високої інтенсивності (наприклад, подрібнення повітряним потоком, кульове подрібнення та подрібнення середньої температури). Ключові параметри процесу включають споживання енергії, вибір середовища, контроль атмосфери та можливу модифікацію поверхні на місці.
· Звичайний АТГ: кристалічна структура непошкоджена, але явище агломерації є серйозним (через високу поверхневу енергію та сильний водневий зв’язок). Шорсткі поверхні та гострі краї можуть легко утворювати точки концентрації напруги в композитних матеріалах.
· Шліфування ATH: було досягнуто значного морфологічного регулювання.
· Розмір і розподіл частинок: середній діаметр (D50) можна зменшити до 1-3 мкм або навіть субмікронного рівня, а розподіл частинок за розміром (PSD) є вужчим. Відповідно до лазерного дифракційного аналізу стандарту ISO 13320 діапазон розподілу значно зменшений.
· Зовнішній вигляд: тенденція до більш правильної майже сферичної або квазісферичної форми. Сфероїдизація не тільки зменшує питому поверхню, але, що більш важливо, значно зменшує краї та кути частинок, що є ключем до покращення текучості та механічних властивостей композитних матеріалів.
·Стан поверхні: під дією високоенергетичної механічної сили кристалічна структура поверхні частинки зазнає часткового спотворення або аморфізації, а активні центри збільшуються, створюючи більш ідеальну підкладку для подальшої модифікації поверхні.
Хімічний склад обох – Al(OH)₃, і основна реакція термічного розкладання є узгодженою (ендотермічний розклад починається приблизно при 200 ℃ з утворенням Al₂O₃ та H₂O). Але мікровідмінності призводять до різної поведінки:
· Звичайний ATH: температура початку розкладання та пік відносно концентровані, а ендотермічний пік ширший. Великі частинки можуть спричинити нерівномірний внутрішній теплообмін, впливаючи на рівномірність вогнезахисної ефективності.
· Шліфування ATH:
· Краща здатність до диспергування призводить до більш рівномірного розподілу в матриці, більш синхронізованого теплообміну та розкладання, а також до більш ефективного поглинання тепла та охолодження.
·Більша питома поверхня (яка все ще може збільшуватися внаслідок ультратонкого очищення за тієї самої ваги після сфероїдізації) означає більшу площу контакту з полум’ям/джерелом тепла, що може швидше розсіювати тепло та вивільняти водяну пару для розрідження горючих газів.
· Залишок розкладання (Al₂O₃) може утворювати більш щільний і безперервний захисний керамічний шар завдяки дрібнішим частинкам прекурсора, що призводить до кращого бар'єрного ефекту.
Це ядро, яке визначає кінцеві механічні властивості композитних матеріалів.
·Звичайний ATH: сильні полярні поверхні погано сумісні з неполярними/слабополярними полімерами (такими як PP, PE, EVA). Міжфазний зв’язок слабкий, утворюючи «слабкий прикордонний шар». За високих рівнів наповнення (часто потрібно >60% для відповідності стандартам вогнестійкості) міцність на розрив, ударна в’язкість і відносне подовження при розриві матеріалу серйозно знижуються.
· Шліфування ATH:
· Покращена фізична здатність до адаптації: сферичні частинки мають чудову текучість у розплавлених полімерах із щільнішою упаковкою та зниженою внутрішньою напругою, нижчою в’язкістю розплаву (при тій самій кількості наповнення) і значно покращують продуктивність обробки (таку як швидкість екструзії та текучість упорскування).
· Покращення зв’язування поверхні: поверхня, активована механічною силою, більш схильна до хімічного зв’язування або сильної адсорбції за допомогою модифікаторів поверхні (таких як силан, титанат, алюмінатні сполучні агенти). Поверхнева енергія модифікованого меленого АТГ зменшується, а змочуваність і зв’язування з полімерними ланцюгами посилюються, досягаючи переходу від «фізичного заповнення» до «покращення межі розділу».
| Вимір продуктивності | Звичайний АТХ | Шліфування ATH (особливо після модифікації поверхні) |
| Вогнезахисна ефективність | Чесно, може відповідати стандарту при великому об'ємі наповнення | Краще, це може зменшити кількість заповнення (5-15% зменшення простору) за того самого рівня вогнезахисного засобу |
| Механічні властивості | Сильне псування, висока крихкість | Значне утримання з набагато вищими показниками утримання ударної міцності та міцності на розрив, ніж звичайні системи наповнення ATH |
| Оброблюваність | Висока в'язкість розплаву, великий крутний момент, високе споживання енергії | Хороша ліквідність, температуру обробки можна знизити, виробничу потужність можна збільшити, а знос обладнання можна зменшити |
| Зовнішній вигляд виробу | Шорсткість поверхні, низький глянець | Гладка поверхня, делікатний на дотик, підвищений глянець, сприяє фарбуванню |
| Електричні властивості | Через поглинання вологи та домішок питомий об’ємний опір нестабільний | Більш стабільний, особливо підходить для полів з високими вимогами до електричних характеристик, таких як дроти та кабелі |
Шліфування ATHце не проста заміна звичайного ATH, а високоефективний вогнезахисний матеріал, який досягає інтегрованого дизайну структурної морфології поверхні за допомогою вдосконалених механохімічних процесів. Його основна цінність полягає в:
1. Внутрішнє протиріччя між високою плинністю наповнення та обробки, а також механічними властивостями було вирішено шляхом оптимізації форми (ультрашліфування, сфероїдізація).
2. За допомогою поверхневої активації та модифікації адгезія поверхні розділу з полімерною матрицею була фундаментально покращена, перетворюючи «інертний наповнювач» на «компонент, що покращує функції».
3. Покращуючи рівномірність та ефективність вогнезахисної ефективності, це забезпечує можливість «зменшення та підвищення ефективності» безгалогенних вогнезахисних формул і дизайну виробів із тоншими стінками або вищою продуктивністю.
