Hidróxido de aluminio: ¿Por qué no se puede utilizar directamente?
Los hidróxidos anfóteros inorgánicos (hidróxido de aluminio [Al(OH)₃, ATH]) poseen propiedades ignífugas, supresoras de humo y de relleno altamente eficaces. Tras la descomposición térmica, no produce gases tóxicos ni corrosivos y puede utilizarse como relleno ignífugo en materiales orgánicos poliméricos. Actualmente, el uso de ATH como ignífugo aumenta año tras año, y se ha convertido en el ignífugo inorgánico más importante a nivel mundial.
Primero la modificación, luego la ignífuga
Generalmente, los fabricantes suelen rellenar los materiales inflamables con hidróxido de aluminio en polvo (ATH) o recubrir la superficie de los materiales inflamables con un recubrimiento ignífugo que contiene ATH para mejorar las propiedades ignífugas de los materiales orgánicos poliméricos.
Además, dado que el ATH contiene tres grupos hidroxilo (-OH), su superficie es asimétrica y altamente polar. Los grupos hidroxilo superficiales presentan propiedades hidrófilas y oleofóbicas, lo que los hace propensos a la aglomeración al añadirse a materiales orgánicos poliméricos, lo que afecta directamente a sus propiedades mecánicas.
Por lo tanto, el hidróxido de aluminio debe modificarse superficialmente antes de su uso.
Modificación Superficial del Hidróxido de Aluminio
La modificación superficial es una de las tecnologías clave para optimizar las propiedades de los materiales en polvo inorgánico, desempeñando un papel crucial en la mejora del rendimiento y el valor de las aplicaciones de los polvos inorgánicos. La modificación superficial de partículas inorgánicas se refiere a la adsorción o encapsulación de una o más sustancias en su superficie, formando una estructura compuesta de núcleo-capa. Este proceso es esencialmente un proceso compuesto de diferentes sustancias.
Tipos y Características de los Modificadores
Existen muchos tipos de modificadores de superficie en polvo, pero no existe un método de clasificación estándar. Los modificadores para la modificación de polvos inorgánicos se dividen principalmente en dos categorías: surfactantes y agentes de acoplamiento.
(1) Agentes de Acoplamiento
Los agentes de acoplamiento son adecuados para diversos sistemas de materiales compuestos de polímeros orgánicos y cargas inorgánicas. Tras la modificación de la superficie con agentes de acoplamiento, se incrementa la compatibilidad y dispersabilidad del material inorgánico con el polímero. La superficie del material inorgánico cambia de hidrófila y oleófoba a oleófila e hidrófoba, aumentando su afinidad con el polímero orgánico.
Los agentes de acoplamiento son diversos y se pueden clasificar en cuatro categorías principales según su estructura y composición química: complejos orgánicos, silanos, titanatos y aluminatos.
(2) Tensioactivos
Los tensioactivos son sustancias que pueden alterar significativamente las propiedades superficiales o interfaciales de un material cuando se utilizan en cantidades muy pequeñas. Incluyen tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos, como ácidos grasos superiores y sus sales, alcoholes, aminas y ésteres. Su estructura molecular se caracteriza por un grupo alquilo de cadena larga en un extremo, similar a las moléculas de polímeros, y grupos polares como los grupos carboxilo, éter y amino en el otro.
¿Cómo se puede determinar el efecto de modificación?
¿Es fiable el hidróxido de aluminio modificado? ¿Qué tan fiable es? Esto requiere evaluar y caracterizar el efecto de modificación.
Actualmente, el efecto ignífugo de los retardantes de llama de hidróxido de aluminio se puede evaluar mediante métodos directos, como la prueba del índice de oxígeno del material, el índice de inflamabilidad vertical y horizontal, la producción de humo, el análisis termogravimétrico y las propiedades mecánicas durante la combustión; o indirectamente, midiendo la absorbancia del polvo, el índice de activación y el valor de absorción de aceite para evaluar indirectamente su efecto de modificación.
(1) Absorbancia
El ATH sin modificar presenta grupos hidroxilo hidrófilos y oleofóbicos en su superficie, lo que le permite disolverse en agua o sedimentarse libremente en el fondo. Tras la modificación, la superficie del ATH se vuelve hidrófila y oleofóbica, con propiedades superficiales completamente opuestas a las de la forma sin modificar. No puede disolverse ni sedimentarse en el fondo y solo flota en la superficie. Sin embargo, el ATH modificado puede disolverse o precipitarse bien en aceites (como la parafina líquida).
(2) Índice de Activación
El ATH sin modificar presenta una polaridad muy fuerte debido a la naturaleza de sus grupos hidroxilo superficiales (-OH), lo que le permite disolverse o sedimentarse libremente en agua con propiedades similares. Tras la modificación, el ATH presenta una capa de grupos lipófilos adherida a su superficie, con grupos hidroxilo superficiales (-OH) encapsulados en su interior. Cuanto mayor sea el efecto de la modificación, mayor será la tasa de cobertura de la superficie del ATH por los grupos lipófilos y mayor será la flotación del ATH modificado en la superficie del agua.
(3) Valor de Absorción de Aceite
Para medir el valor de absorción de aceite, es necesario añadir aceite de ricino al ATH y agitarlo. Antes de la modificación, el ATH, debido a sus propiedades hidrófilas y oleofóbicas, requiere más aceite de ricino para formar esferas. Después de la modificación de la superficie, se vuelve hidrófilo y oleofóbico, mejorando la dispersabilidad del ATH en el polímero y reduciendo los huecos formados por la aglomeración del polvo.