수산화 알루미늄: 왜 직접 사용할 수 없나요?
무기 양쪽성 수산화물인 수산화알루미늄(Al(OH)3, ATH)은 매우 효율적인 난연성, 연기 억제제 및 충진 특성을 가지고 있습니다. 열 분해 시 독성 또는 부식성 가스를 생성하지 않으며, 고분자 유기 재료의 난연성 충진재로 사용될 수 있습니다. 현재 ATH의 난연제 사용은 매년 증가하고 있으며, ATH는 전 세계적으로 가장 중요한 무기 난연제로 자리 잡았습니다.
개질 후 난연성
일반적으로 제조업체는 고분자 유기 재료의 난연성을 향상시키기 위해 분말 형태의 수산화알루미늄(ATH)을 가연성 재료에 충진하거나, 가연성 재료 표면에 ATH가 함유된 난연성 코팅제를 코팅합니다.
또한, ATH는 세 개의 수산기(-OH)를 포함하고 있기 때문에 표면이 비대칭적이고 극성이 높습니다. 표면의 수산기는 친수성과 소유성을 나타내므로, 고분자 유기 재료에 첨가 시 응집되기 쉽고, 이는 재료의 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
따라서 수산화알루미늄은 사용 전에 표면 개질되어야 합니다.
수산화알루미늄 표면 개질
표면 개질은 무기 분말 재료의 특성을 최적화하는 핵심 기술 중 하나로, 무기 분말의 적용 성능과 가치를 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 무기 입자의 표면 개질은 무기 입자 표면에 하나 이상의 물질을 흡착 또는 캡슐화하여 코어-쉘 복합 구조를 형성하는 것을 의미합니다. 이 공정은 본질적으로 다양한 물질의 복합 공정입니다.
개질제의 종류 및 특성
분말 표면 개질제에는 여러 종류가 있지만, 표준화된 분류 방법은 없습니다. 무기 분말 개질용 개질제는 주로 계면활성제와 커플링제의 두 가지 범주로 나뉩니다.
(1) 커플링제
커플링제는 유기 고분자와 무기 필러로 구성된 다양한 복합 재료 시스템에 적합합니다. 커플링제로 표면을 개질하면 무기물과 고분자의 상용성 및 분산성이 향상됩니다. 무기물의 표면은 친수성 및 소유성에서 친유성 및 소수성으로 변하여 유기 고분자와의 친화성이 증가합니다.
커플링제는 다양하며, 화학 구조와 조성에 따라 유기 복합체, 실란, 티타네이트, 알루미네이트의 네 가지 주요 범주로 분류할 수 있습니다.
(2) 계면활성제
계면활성제는 극소량 사용 시 물질의 표면 또는 계면 특성을 크게 변화시킬 수 있는 물질입니다. 계면활성제에는 고급 지방산과 그 염, 알코올, 아민, 에스테르와 같은 음이온성, 양이온성, 비이온성 계면활성제가 포함됩니다. 계면활성제의 분자 구조는 고분자 분자와 유사하게 한쪽 끝에 긴 사슬 알킬기가 있고 다른 쪽 끝에는 카르복실기, 에테르, 아미노기와 같은 극성기가 있는 것이 특징입니다.
개질 효과는 어떻게 측정할 수 있습니까?
개질된 수산화알루미늄은 신뢰할 수 있습니까? 얼마나 신뢰할 수 있습니까? 이를 위해서는 개질 효과의 평가 및 특성화가 필요합니다.
현재 수산화알루미늄 난연제의 난연 효과는 재료의 산소 지수, 수직 및 수평 가연성 지수, 연기 발생, 열중량 분석, 연소 중 기계적 특성 시험과 같은 직접적인 방법을 통해 평가할 수 있습니다. 또는 분말 흡광도, 활성화 지수, 오일 흡수량을 측정하여 개질 효과를 간접적으로 시험하는 간접적인 방법을 통해 평가할 수 있습니다.
(1) 흡광도
개질되지 않은 ATH는 표면에 친수성 및 소유성 수산기를 가지고 있어 물에 용해되거나 바닥에 자유롭게 가라앉습니다. 개질 후 ATH의 표면은 친수성 및 소유성이 되어 개질되지 않은 형태와 완전히 반대되는 표면 특성을 갖게 됩니다. ATH는 바닥에 용해되거나 가라앉지 않고 표면에만 떠 있을 수 있습니다. 그러나 개질된 ATH는 오일(예: 유동 파라핀)에 잘 용해되거나 침전될 수 있습니다.
(2) 활성화 지수
변성되지 않은 ATH는 표면 히드록시기(-OH)의 특성으로 인해 매우 강한 극성을 가지므로 유사한 물성을 가진 물에 용해되거나 자유롭게 침전될 수 있습니다. 변성 후, ATH는 표면에 친유성기 층이 부착되고, 표면 히드록시기(-OH)는 그 안에 캡슐화됩니다. 변성 효과가 좋을수록 ATH 표면의 친유성기 피복률이 높아지고, 변성된 ATH가 물 표면에 더 많이 떠오릅니다.
(3) 흡유량
흡유량을 측정하려면 ATH에 피마자유를 첨가하고 교반해야 합니다. 변성 전, ATH는 친수성과 소유성을 가지고 있기 때문에 구형을 형성하기 위해 더 많은 피마자유가 필요합니다. 표면 변성 후에는 친수성과 소유성이 되어 폴리머 내 ATH의 분산성을 향상시키고 분말 응집으로 인해 형성되는 공극을 줄입니다.