Op het gebied van vlamvertragende polymeren,aluminiumhydroxide (ATH)heeft lange tijd een kernpositie ingenomen op de markt voor vlamvertragers vanwege de voordelen van niet-toxiciteit, rookonderdrukking, milieuvriendelijkheid en relatief lage kosten. Gewone ATH, bereid volgens de traditionele precipitatiemethode, stelt echter vaak beperkingen bloot, zoals een grote vulhoeveelheid, slechte compatibiliteit en ernstige mechanische verliezen bij het voldoen aan de steeds veeleisender wordende hoge prestatie-eisen van polymeermaterialen. In de afgelopen jaren is het vermalen van ATH (ook bekend als "gemodificeerd ATH" of "ultrafijn ATH") dat diep wordt verwerkt via fysieke verwerkingstechnologie naar voren gekomen als een nieuwe kracht, die een belangrijke upgrade in de ATH-toepassingstechnologie heeft geleid. Dit artikel zal de essentiële verschillen tussen grond-ATH en gewone ATH diepgaand analyseren vanuit de professionele perspectieven van materiaalkunde, oppervlaktefysische chemie en composietmateriaalinterface-engineering.
Gewone ATH: verwijst gewoonlijk naar aluminiumhydroxide dat rechtstreeks wordt neergeslagen via natte chemische processen zoals het Bayer-proces (ontleding van natriumaluminaatoplossing) of ammoniumbicarbonaatproces. De kristalmorfologie is meestal onregelmatig plaatachtig, prismatisch of bolvormig, met een brede deeltjesgrootteverdeling (D50 meestal in het bereik van 10-50 μm), een hydrofiel oppervlak, dat een groot aantal hydroxylgroepen (-OH) bevat en een sterke polariteit vertoont.
Slijpen ATH: Met gewoon ATH als grondstof wordt een diepgaande verwerking uitgevoerd via een mechanochemisch proces. Dit proces is niet simpelweg "verpletteren", maar eerder het proces van het bereiken van deeltjesverfijning, sferoïdisatie en reconstructie van fysisch-chemische eigenschappen van het oppervlak onder mechanische energie met hoge intensiteit (zoals luchtstroomfrezen, kogelmalen en mediummalen). De belangrijkste procesparameters omvatten energie-input, mediumselectie, atmosfeercontrole en mogelijke in-situ oppervlaktemodificatie.
·Gewone ATH: De kristalstructuur is intact, maar het agglomeratiefenomeen is ernstig (vanwege de hoge oppervlakte-energie en sterke waterstofbinding). Ruwe oppervlakken en scherpe randen kunnen gemakkelijk spanningsconcentratiepunten vormen in composietmaterialen.
· Slijpen van ATH: er is aanzienlijke morfologische regulatie bereikt.
· Deeltjesgrootte en -verdeling: De mediane diameter (D50) kan worden teruggebracht tot 1-3 μm of zelfs submicronniveau, en de deeltjesgrootteverdeling (PSD) is smaller. Volgens de laserdiffractieanalyse van de ISO 13320-norm is het distributiebereik aanzienlijk verminderd.
· Uiterlijk: neigt naar een meer regelmatige, bijna bolvormige of quasi bolvormige vorm. Sferoïdisatie verkleint niet alleen het specifieke oppervlak, maar nog belangrijker: het vermindert de randen en hoeken van deeltjes aanzienlijk, wat de sleutel is tot het verbeteren van de vloeibaarheid en mechanische eigenschappen van composietmaterialen.
· Oppervlaktetoestand: onder invloed van hoogenergetische mechanische kracht ondergaat de kristalstructuur van het deeltjesoppervlak gedeeltelijke vervorming of amorfisatie, en nemen de actieve plaatsen toe, waardoor een ideaal substraat ontstaat voor daaropvolgende oppervlaktemodificatie.
De chemische samenstelling van beide is Al(OH)₃, en de belangrijkste thermische ontledingsreactie is consistent (endotherme ontleding begint bij ongeveer 200 ℃ en vormt Al₂O₃ en H₂O). Maar microverschillen leiden tot ander gedrag:
·Gewone ATH: De ontledingsinitiatie- en piektemperaturen zijn relatief geconcentreerd en de endotherme piek is breder. Grote deeltjes kunnen een ongelijkmatige interne warmteoverdracht veroorzaken, waardoor de uniformiteit van de vlamvertragende efficiëntie wordt aangetast.
· Slijpen ATH:
·Betere dispergeerbaarheid resulteert in een meer uniforme verdeling in de matrix, meer gesynchroniseerde warmteoverdracht en ontleding, en efficiëntere warmteabsorptie en koeleffecten.
·Een groter specifiek oppervlak (dat na sferoïdisering nog steeds kan toenemen als gevolg van ultrafijne verfijning bij hetzelfde gewicht) betekent een groter contactreactiegebied met de vlam/warmtebron, waardoor de warmte sneller kan worden afgevoerd en waterdamp kan vrijkomen om brandbare gassen te verdunnen.
·Het ontledingsresidu (Al₂O₃) kan door de fijnere precursordeeltjes een dichtere en meer continue beschermende keramische laag vormen, wat resulteert in een beter barrière-effect.
Dit is de kern die de uiteindelijke mechanische eigenschappen van composietmaterialen bepaalt.
·Gewone ATH: Sterke polaire oppervlakken zijn slecht compatibel met niet-polaire/zwak polaire polymeren (zoals PP, PE, EVA). De grensvlakbinding is zwak en vormt een 'zwakke grenslaag'. Bij hoge vulniveaus (waarbij vaak meer dan 60% nodig is om aan de vlamvertragende normen te voldoen) worden de treksterkte, slagvastheid en rek bij breuk van het materiaal ernstig aangetast.
· Slijpen ATH:
· Verbeterd fysiek aanpassingsvermogen: bolvormige deeltjes hebben een uitstekende vloeibaarheid in gesmolten polymeren, met een strakkere pakking en verminderde interne spanning, een lagere smeltviscositeit (bij dezelfde vulhoeveelheid) en verbeteren de verwerkingsprestaties aanzienlijk (zoals extrusiesnelheid en vloeibaarheid van injectie).
Verbetering van de interfacebinding: het door mechanische kracht geactiveerde oppervlak is gevoeliger voor chemische binding of sterke adsorptie met oppervlaktemodificatoren (zoals silaan, titanaat en aluminaatkoppelingsmiddelen). De oppervlakte-energie van het gemodificeerde grond-ATH wordt verminderd en de bevochtigbaarheid en verstrengeling met polymeerketens worden verbeterd, waardoor een overgang wordt bereikt van "fysieke vulling" naar "interfaceverbetering".
| Prestatiedimensie | Gewone ATH | Slijpen van ATH (vooral na oppervlaktemodificatie) |
| Vlamvertragende efficiëntie | Redelijk, kan aan de norm voldoen bij een hoog vulvolume | Beter nog, het kan de vulhoeveelheid verminderen (5-15% reductieruimte) onder hetzelfde vlamvertragende niveau |
| Mechanische eigenschappen | Ernstige achteruitgang, hoge broosheid | Aanzienlijke retentie, met veel hogere retentiepercentages van slagsterkte en treksterkte dan gewone ATH-vulsystemen |
| Bewerkbaarheid | Hoge smeltviscositeit, hoog koppel, hoog energieverbruik | Goede liquiditeit, verwerkingstemperatuur kan worden verlaagd, productiecapaciteit kan worden verhoogd en slijtage van apparatuur kan worden verminderd |
| Uiterlijk van het product | Oppervlakteruwheid, lage glans | Glad oppervlak, delicate aanraking, verhoogde glans, bevorderlijk voor kleuring |
| Elektrische eigenschappen | Als gevolg van vochtopname en onzuiverheden is de volumeweerstand onstabiel | Stabieler, vooral geschikt voor velden met hoge elektrische prestatie-eisen zoals draden en kabels |
Slijpen ATHis geen eenvoudige vervanging voor gewone ATH, maar een hoogwaardig vlamvertragend materiaal dat een geïntegreerd ontwerp van het structuurmorfologieoppervlak bereikt door middel van geavanceerde mechanochemische processen. De kernwaarde ligt in:
1. De inherente tegenstelling tussen hoge vulling en verwerkingsvloeibaarheid, evenals mechanische eigenschappen, is opgelost door vormoptimalisatie (ultraverfijning, sferoïdisatie).
2. Door oppervlakteactivatie en modificatie is de hechting van het grensvlak met de polymeermatrix fundamenteel verbeterd, waardoor de "inerte vulstof" is getransformeerd in een "functioneel versterkende component".
3. Door de uniformiteit en effectiviteit van de vlamvertragende efficiëntie te verbeteren, biedt het de mogelijkheid voor de "vermindering en verhoging van de efficiëntie" van halogeenvrije vlamvertragende formules en het ontwerp van producten met dunnere wanden of hogere prestaties.
