Aluminium hidroksida: Mengapa tidak dapat digunakan secara langsung?
Hidroksida amfoterik anorganik—aluminium hidroksida (Al(OH)3, ATH)—memiliki sifat penghambat api, peredam asap, dan pengisi yang sangat efisien. Setelah terurai secara termal, ia tidak menghasilkan gas beracun atau korosif dan dapat digunakan sebagai pengisi penghambat api pada material organik polimer. Saat ini, penggunaan ATH sebagai penghambat api terus meningkat dari tahun ke tahun, dan ATH telah menjadi penghambat api anorganik terpenting di dunia.
Modifikasi Dahulu, Kemudian Penghambat Api
Umumnya, produsen mengisi material mudah terbakar dengan bubuk aluminium hidroksida (ATH) atau melapisi permukaan material mudah terbakar dengan lapisan penghambat api yang mengandung ATH untuk meningkatkan sifat penghambat api material organik polimer.
Lebih lanjut, karena ATH mengandung tiga gugus hidroksil (-OH), permukaannya asimetris dan sangat polar. Gugus hidroksil permukaan menunjukkan sifat hidrofilik dan oleofobik, sehingga rentan terhadap penggumpalan ketika ditambahkan ke bahan organik polimer, yang secara langsung memengaruhi sifat mekanik material.
Oleh karena itu, aluminium hidroksida perlu dimodifikasi permukaannya sebelum digunakan.
Modifikasi Permukaan Aluminium Hidroksida
Modifikasi permukaan merupakan salah satu teknologi kunci untuk mengoptimalkan sifat material serbuk anorganik, yang memainkan peran krusial dalam meningkatkan kinerja aplikasi dan nilai serbuk anorganik. Modifikasi permukaan partikel anorganik mengacu pada adsorpsi atau enkapsulasi satu atau lebih zat pada permukaan partikel anorganik, membentuk struktur komposit inti-kulit. Proses ini pada dasarnya merupakan proses komposit dari berbagai zat.
Jenis dan Karakteristik Pengubah
Ada banyak jenis pengubah permukaan serbuk, tetapi tidak ada metode klasifikasi standar. Pengubah untuk modifikasi serbuk anorganik terutama dibagi menjadi dua kategori: surfaktan dan agen penggandeng.
(1) Agen Penggandeng
Agen penggandeng cocok untuk berbagai sistem material komposit polimer organik dan pengisi anorganik. Setelah modifikasi permukaan dengan agen penggandeng, kompatibilitas dan dispersibilitas material anorganik dengan polimer meningkat. Permukaan material anorganik berubah dari hidrofilik dan oleofobik menjadi oleofilik dan hidrofobik, sehingga meningkatkan afinitasnya dengan polimer organik.
Agen penggandeng beragam dan dapat diklasifikasikan ke dalam empat kategori utama berdasarkan struktur dan komposisi kimianya: kompleks organik, silana, titanat, dan aluminat.
(2) Surfaktan
Surfaktan adalah zat yang dapat mengubah sifat permukaan atau antarmuka suatu material secara signifikan ketika digunakan dalam jumlah yang sangat kecil. Surfaktan meliputi surfaktan anionik, kationik, dan nonionik, seperti asam lemak tinggi dan garamnya, alkohol, amina, dan ester. Struktur molekulnya dicirikan oleh gugus alkil rantai panjang di salah satu ujungnya, mirip dengan molekul polimer, dan gugus polar seperti karboksil, eter, dan gugus amino di ujung lainnya.
Bagaimana efek modifikasi dapat ditentukan?
Apakah aluminium hidroksida yang dimodifikasi dapat diandalkan? Seberapa andalkah? Hal ini memerlukan evaluasi dan karakterisasi efek modifikasi.
Saat ini, efek tahan api dari penghambat api aluminium hidroksida dapat dievaluasi melalui metode langsung seperti pengujian indeks oksigen material, indeks mudah terbakar vertikal dan horizontal, produksi asap, analisis termogravimetri, dan sifat mekanik selama pembakaran; atau secara tidak langsung dengan mengukur absorbansi bubuk, indeks aktivasi, dan nilai penyerapan minyak untuk menguji efek modifikasinya secara tidak langsung.
(1) Absorbansi
ATH yang tidak dimodifikasi memiliki gugus hidroksil hidrofilik dan oleofobik pada permukaannya, yang memungkinkannya larut dalam air atau mengendap bebas di dasar. Setelah modifikasi, permukaan ATH menjadi hidrofilik dan oleofobik, dengan sifat permukaan yang sepenuhnya berlawanan dengan bentuk yang tidak dimodifikasi. ATH tidak dapat larut atau mengendap di dasar dan hanya dapat mengapung di permukaan. Namun, ATH yang dimodifikasi dapat larut atau mengendap dengan baik dalam minyak (seperti parafin cair).
(2) Indeks Aktivasi
ATH yang tidak dimodifikasi memiliki polaritas yang sangat kuat karena sifat gugus hidroksil permukaannya (-OH), sehingga memungkinkannya larut atau mengendap bebas dalam air dengan sifat yang serupa. Setelah dimodifikasi, ATH memiliki lapisan gugus lipofilik yang melekat pada permukaannya, dengan gugus hidroksil permukaan (-OH) yang terbungkus di dalamnya. Semakin baik efek modifikasi, semakin tinggi tingkat penutupan gugus lipofilik pada permukaan ATH, dan semakin banyak ATH yang dimodifikasi yang mengapung di permukaan air.
(3) Nilai Penyerapan Minyak
Pengukuran nilai penyerapan minyak memerlukan penambahan minyak jarak ke ATH dan pengadukan. Sebelum dimodifikasi, ATH, karena sifat hidrofilik dan oleofobiknya, membutuhkan lebih banyak minyak jarak untuk membentuk bola. Setelah modifikasi permukaan, ia menjadi hidrofilik dan oleofobik, meningkatkan dispersibilitas ATH dalam polimer dan mengurangi rongga yang terbentuk oleh penggumpalan bubuk.