هیدروکسید آلومینیوم: چرا نمیتوان آن را مستقیماً استفاده کرد؟
هیدروکسیدهای آمفوتریک معدنی – هیدروکسید آلومینیوم (Al(OH)3، ATH) – دارای خواص ضد شعله، ضد دود و پرکننده بسیار کارآمدی هستند. پس از تجزیه حرارتی، گازهای سمی یا خورنده تولید نمیکند و میتواند به عنوان پرکننده ضد شعله در مواد آلی پلیمری مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر، استفاده از ATH به عنوان یک ضد شعله سال به سال در حال افزایش است و ATH به مهمترین ضد شعله معدنی در سطح جهان تبدیل شده است.
اول اصلاح، سپس ضد شعله
به طور کلی، تولیدکنندگان معمولاً مواد قابل اشتعال را با پودر هیدروکسید آلومینیوم (ATH) پر میکنند یا سطح مواد قابل اشتعال را با یک پوشش ضد شعله حاوی ATH میپوشانند تا خواص ضد شعله مواد آلی پلیمری را بهبود بخشند.
علاوه بر این، از آنجا که ATH حاوی سه گروه هیدروکسیل (-OH) است، سطح آن نامتقارن و بسیار قطبی است. گروههای هیدروکسیل سطحی خواص آبدوستی و روغنگریزی از خود نشان میدهند و در صورت افزودن به مواد آلی پلیمری، مستعد تجمع میشوند و مستقیماً بر خواص مکانیکی ماده تأثیر میگذارند.
بنابراین، هیدروکسید آلومینیوم قبل از استفاده نیاز به اصلاح سطح دارد.
اصلاح سطح هیدروکسید آلومینیوم
اصلاح سطح یکی از فناوریهای کلیدی برای بهینهسازی خواص مواد پودری معدنی است که نقش مهمی در بهبود عملکرد کاربردی و ارزش پودرهای معدنی ایفا میکند. اصلاح سطح ذرات معدنی به جذب یا کپسوله کردن یک یا چند ماده روی سطح ذرات معدنی اشاره دارد که یک ساختار کامپوزیتی هسته-پوسته تشکیل میدهد. این فرآیند اساساً یک فرآیند ترکیبی از مواد مختلف است.
انواع و ویژگیهای اصلاحکنندهها
انواع زیادی از اصلاحکنندههای سطح پودر وجود دارد، اما هیچ روش طبقهبندی استانداردی وجود ندارد. اصلاحکنندهها برای اصلاح پودر معدنی عمدتاً به دو دسته تقسیم میشوند: سورفکتانتها و عوامل اتصال.
(1) عوامل اتصال
عوامل اتصال برای سیستمهای مختلف مواد کامپوزیتی از پلیمرهای آلی و پرکنندههای معدنی مناسب هستند. پس از اصلاح سطح با عوامل اتصال، سازگاری و پراکندگی مواد معدنی با پلیمر افزایش مییابد. سطح ماده معدنی از آبدوست و روغنگریز به روغندوست و آبگریز تغییر میکند و میل ترکیبی آن با پلیمر آلی افزایش مییابد.
عوامل اتصالدهنده متنوع هستند و میتوانند بر اساس ساختار و ترکیب شیمیایی خود به چهار دسته اصلی طبقهبندی شوند: کمپلکسهای آلی، سیلانها، تیتاناتها و آلومیناتها.
(2) سورفکتانتها
سورفکتانتها موادی هستند که میتوانند در صورت استفاده در مقادیر بسیار کم، خواص سطحی یا بین سطحی یک ماده را به طور قابل توجهی تغییر دهند. آنها شامل سورفکتانتهای آنیونی، کاتیونی و غیریونی مانند اسیدهای چرب بالاتر و نمکهای آنها، الکلها، آمینها و استرها هستند. ساختار مولکولی آنها با یک گروه آلکیل زنجیره بلند در یک انتها، مشابه مولکولهای پلیمری، و گروههای قطبی مانند گروههای کربوکسیل، اتر و آمینو در انتهای دیگر مشخص میشود.
چگونه میتوان اثر اصلاح را تعیین کرد؟
آیا هیدروکسید آلومینیوم اصلاحشده قابل اعتماد است؟ چقدر قابل اعتماد است؟ این امر مستلزم ارزیابی و توصیف اثر اصلاح است.
در حال حاضر، اثر ضد شعله بودن بازدارندههای شعله هیدروکسید آلومینیوم را میتوان از طریق روشهای مستقیم مانند آزمایش شاخص اکسیژن ماده، شاخص اشتعالپذیری عمودی و افقی، تولید دود، آنالیز ترموگراویمتری و خواص مکانیکی در حین احتراق ارزیابی کرد؛ یا به طور غیرمستقیم با اندازهگیری جذب پودر، شاخص فعالسازی و مقدار جذب روغن برای آزمایش غیرمستقیم اثر اصلاح آن.
(1) جذب
ATH اصلاح نشده دارای گروههای هیدروکسیل آبدوست و روغنگریز روی سطح خود است که به آن اجازه میدهد در آب حل شود یا آزادانه در کف تهنشین شود. پس از اصلاح، سطح ATH آبدوست و روغنگریز میشود و خواص سطحی آن کاملاً برعکس فرم اصلاح نشده است. نمیتواند در کف حل شود یا تهنشین شود و فقط میتواند روی سطح شناور شود. با این حال، ATH اصلاح شده میتواند به خوبی در روغنها (مانند پارافین مایع) حل یا رسوب کند.
(2) شاخص فعالسازی
ATH اصلاح نشده به دلیل ماهیت گروههای هیدروکسیل سطحی (-OH) خود، قطبیت بسیار قوی دارد و به آن اجازه میدهد آزادانه در آب با خواص مشابه حل یا تهنشین شود. پس از اصلاح، ATH لایهای از گروههای لیپوفیلیک متصل به سطح خود دارد که گروههای هیدروکسیل سطحی (-OH) در داخل آن محصور شدهاند. هرچه اثر اصلاح بهتر باشد، میزان پوشش گروههای لیپوفیلیک سطح ATH بیشتر میشود و ATH اصلاحشده بیشتر روی سطح آب شناور میشود.
(3) مقدار جذب روغن
اندازهگیری مقدار جذب روغن نیاز به افزودن روغن کرچک به ATH و هم زدن دارد. قبل از اصلاح، ATH به دلیل خواص آبدوستی و روغنگریزی خود، برای تشکیل کره به روغن کرچک بیشتری نیاز دارد. پس از اصلاح سطح، آبدوست و روغنگریز میشود و پراکندگی ATH را در پلیمر بهبود میبخشد و حفرههای تشکیل شده توسط تجمع پودر را کاهش میدهد.