Op het gebied van polymeercomposietmaterialen is de toepassing vanaluminiumhydroxide (ATH)als efficiënt, halogeenvrij vlamvertragend vulmiddel is cruciaal. De slechte compatibiliteit en de neiging tot aggregatie tussen ATH en harsmatrix hebben echter lange tijd hun volledige prestatie beperkt. Traditioneel droog mengen leidt vaak tot ongelijkmatige verspreiding en de vorming van spanningszwakke punten. De introductie van natslijptechnologie biedt een wetenschappelijke en efficiënte oplossing voor dit probleem.
Nat slijpen is geen eenvoudig proces om de deeltjesgrootte te verkleinen, maar een collaboratieve techniek die tegelijkertijd deeltjesverfijning, oppervlaktemodificatie en grensvlakactivering in een vloeibaar medium bereikt.
Bij nat slijpen worden hoogfrequente impact-, schuif- en wrijvingskrachten op de slurry uitgeoefend via slijpkorrels (zoals zirkoniumoxide) in een vloeistoffaseomgeving waar slijphulpmiddelen (zoals dispergeermiddelen) aanwezig zijn. Deze kracht kan de harde aggregaten van ATH effectief depolymeriseren en ervoor zorgen dat de oorspronkelijke kristaldeeltjes breken.
·Verkleining van de deeltjesgrootte: Stabiliseer en controleer de deeltjesgrootte van de D50 tot op submicron- of zelfs nanometerniveau. Volgens de klassieke infiltratietheorie van de Gennes verminderen kleinere deeltjesgroottes de capillaire druk (Δ P ∝ γ/r, waarbij γ de oppervlaktespanning is en r de poriestraal) die nodig is om microporiën en defecten op het oppervlak van met hars gevulde deeltjes te overwinnen, waardoor micro-infiltratie wordt bevorderd.
De vloeistoffaseomgeving van nat slijpen biedt een ideale reactieplaats voor "online" oppervlaktemodificatie. Tijdens of na het maalproces kunnen gelijktijdig oppervlaktemodificatoren (zoals silaankoppelingsmiddelen, titanaatkoppelingsmiddelen, vetzuren, etc.) worden toegevoegd.
· In situ entreactie: door silaankoppelingsmiddelen (zoals KH-550, KH-560) als voorbeeld te nemen, worden hun alkoxygroepen onder de katalyse van water gehydrolyseerd tot silanol en ondergaan vervolgens een condensatiereactie met hydroxylgroepen op het ATH-oppervlak om sterke covalente Si-O-Al-bindingen te vormen. De organische lange ketens (zoals amino- en epoxygroepen) strekken zich uit naar de harsmatrix en kunnen deelnemen aan de uithardingsreactie van de hars of fysieke verstrengeling vormen.
· Fundamentele verbetering van de grensvlakenergie: het gemodificeerde ATH-oppervlak verandert van hydrofiel naar oleofiel (hydrofoob), en de vrije oppervlakte-energie (γ _ s) ligt dichter bij de vrije oppervlakte-energie (γ _ l) van de hars. Volgens de bevochtigingsvergelijking van Young (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ) duiden een afname van de contacthoek θ en een toename van cos θ op een fundamentele verbetering in het bevochtigingsvermogen (spreiding) van de hars ten opzichte van deeltjes. De significante afname van de grensvlakspanning (γ _stl) is de directe thermodynamische drijvende kracht voor de verbetering van de bevochtigbaarheid.
Dispergeermiddelen (zoals polyelektrolyten en polymeeroppervlakteactieve stoffen) in natte maalslurries zorgen voor een langdurige dispersiestabiliteit vanATHdeeltjes in de vloeibare fase via een dubbel mechanisme van elektrostatische afstoting en sterische hindering. Deze stabiele toestand legt de basis voor pre-dispersie bij daaropvolgende menging met harsen.
·Elektrostatische stabiliteit (DLVO-theorie): Ionische dispergeermiddelen adsorberen op het oppervlak van deeltjes en vormen een dubbele laag. Wanneer deeltjes dichterbij komen, verspreiden ze zich als gevolg van elektrostatische afstoting.
·Stabiliteit van sterische hindering: De lange ketens van polymeerdispergeermiddelen vormen een adsorptielaag op het oppervlak van deeltjes. Wanneer de deeltjes dichterbij komen, veroorzaken de overlappende adsorptielagen een afname van de conformationele entropie van de polymeerketens en een toename van de osmotische druk, wat resulteert in een sterke afstotende kracht.
Deze vooraf gedispergeerde stabiele structuur kan maximaal behouden blijven tijdens het meng-, droog- of uithardingsproces van ATH-slurry en hars, waardoor een "perfecte overdracht" in de harsmatrix wordt bereikt.
ATH verwerkt via natslijptechnologie bereikt een diepe integratie van macro tot micro, en van natuurkunde tot scheikunde in de hars, wat uiteindelijk wordt weerspiegeld in de uitgebreide verbetering van de eigenschappen van composietmaterialen:
· Uitstekende dispersie-uniformiteit: Onder scanning-elektronenmicroscopie (SEM) kunnen ATH-deeltjes uniform verdeeld in de continue harsfase op nanometer-/submicronschaal worden waargenomen, zonder zichtbare aggregaten.
· Sterkere verbinding tussen het grensvlak: het gewijzigde grensvlak vormt een effectieve "flexibele laag" of chemische binding, waardoor spanningen effectief kunnen worden overgedragen en de mechanische sterkte (treksterkte, slagvastheid) en duurzaamheid van het materiaal aanzienlijk worden verbeterd.
· Stabiele vlamvertragende efficiëntie en fysische eigenschappen: Uniforme dispersie zorgt voor het synergetische, efficiënte en stabiele barrière-effect van vlamvertragende componenten bij brand, terwijl plaatselijke verslechtering van de prestaties veroorzaakt door agglomeratie van vulstoffen wordt vermeden.
· Verbeterde verwerkingsreologie: goede deeltjesbevochtiging, minder agglomeratie, kan de viscositeit van de smelt van composietmateriaal aanzienlijk verminderen, de vulhoeveelheid en de vloeibaarheid van de verwerking verhogen.
Natte maaltechnologie overwint systematisch het probleem van infiltratie en verspreiding vanaluminiumhydroxidein harsmatrix door het drievoudige synergetische effect van fysiek vermalen, chemische modificatie en dispersiestabilisatie. Het vermindert de grensvlakenergie thermodynamisch en zorgt op kinetisch vlak voor een verspreide aandrijfkracht en stabiliteitsmechanisme, waardoor een innige binding tussen het vulmiddel en de matrix op nanoschaal wordt bereikt. Dit is niet alleen een technologische innovatie, maar ook een diepgaande toepassing van de colloïd- en interfacewetenschapstheorie, die een belangrijk technologisch pad biedt voor de ontwikkeling van de volgende generatie hoogwaardige, hoogvullende en gefunctionaliseerde polymeercomposietmaterialen.
