Hidróxido de alumínio: porque não pode ser utilizado diretamente?
Os hidróxidos anfotéricos inorgânicos — hidróxido de alumínio (Al(OH)₃, ATH) — possuem propriedades altamente eficientes como retardadores de chama, supressores de fumo e cargas. Após decomposição térmica, não produz gases tóxicos ou corrosivos e pode ser utilizado como carga retardante de chama em materiais orgânicos poliméricos. Atualmente, o uso de ATH como retardador de chama está a aumentar de ano para ano, e o ATH tornou-se o retardador de chama inorgânico mais importante a nível global.
Modificação Primeiro, Retardância à Chama
Geralmente, os fabricantes costumam preencher os materiais inflamáveis com hidróxido de alumínio em pó (ATH) ou revestir a superfície destes materiais com um revestimento retardante de chama contendo ATH para melhorar as propriedades retardantes de chama dos materiais orgânicos poliméricos.
Além disso, como o ATH contém três grupos hidroxilo (-OH), a sua superfície é assimétrica e altamente polar. Os grupos hidroxilo da superfície exibem propriedades hidrofílicas e oleofóbicas, tornando-os propensos à aglomeração quando adicionados a materiais orgânicos poliméricos, afetando diretamente as propriedades mecânicas do material.
Portanto, o hidróxido de alumínio precisa de ser modificado superficialmente antes da sua utilização.
Modificação Superficial do Hidróxido de Alumínio
A modificação superficial é uma das principais tecnologias para otimizar as propriedades dos materiais inorgânicos em pó, desempenhando um papel crucial na melhoria do desempenho e do valor de aplicação destes pós. A modificação superficial de partículas inorgânicas refere-se à adsorção ou encapsulação de uma ou mais substâncias na superfície das partículas inorgânicas, formando uma estrutura composta núcleo-casca. Este processo é essencialmente um processo de composição de diferentes substâncias.
Tipos e Características dos Modificadores
Existem muitos tipos de modificadores de superfície para pós, mas não existe um método de classificação padrão. Os modificadores para a modificação de pós inorgânicos dividem-se principalmente em duas categorias: tensioactivos e agentes de acoplamento.
(1) Agentes de Acoplamento
Os agentes de acoplamento são adequados para diversos sistemas de materiais compósitos de polímeros orgânicos e cargas inorgânicas. Após a modificação da superfície com agentes de acoplamento, a compatibilidade e a dispersibilidade do material inorgânico com o polímero aumentam. A superfície do material inorgânico passa de hidrófila e oleofóbica para oleofílica e hidrófoba, aumentando a sua afinidade com o polímero orgânico.
Os agentes de acoplamento são diversos e podem ser classificados em quatro categorias principais com base na sua estrutura e composição química: complexos orgânicos, silanos, titanatos e aluminatos.
(2) Tensoativos
Os tensioactivos são substâncias que podem alterar significativamente as propriedades da superfície ou da interface de um material quando utilizadas em quantidades muito pequenas. Incluem tensioativos aniónicos, catiónicos e não iónicos, como os ácidos gordos superiores e os seus sais, álcoois, aminas e ésteres. A sua estrutura molecular é caracterizada por um grupo alquilo de cadeia longa numa extremidade, semelhante a moléculas de polímero, e grupos polares como a carboxila, o éter e o amino na outra extremidade.
Como pode ser determinado o efeito da modificação?
O hidróxido de alumínio modificado é fiável? Qual o grau de fiabilidade? Isto requer a avaliação e caracterização do efeito da modificação.
Atualmente, o efeito retardador de chama dos retardantes de chama de hidróxido de alumínio pode ser avaliado por métodos diretos, tais como testes de índice de oxigénio, índice de inflamabilidade vertical e horizontal, produção de fumo, análise termogravimétrica e propriedades mecânicas durante a combustão; ou indiretamente, medindo a absorbância do pó, o índice de ativação e o valor de absorção do óleo para testar indiretamente o seu efeito de modificação.
(1) Absorbância
O ATH não modificado possui grupos hidroxilo hidrófilos e oleofóbicos na sua superfície, permitindo que se dissolva em água ou se deposite livremente no fundo. Após a modificação, a superfície do ATH torna-se hidrófila e oleofóbica, com propriedades superficiais completamente opostas à forma não modificada. (1) Não se dissolve nem se deposita no fundo, flutuando apenas à superfície. No entanto, o ATH modificado dissolve-se ou precipita bem em óleos (como a parafina líquida).
(2) Índice de Ativação
O ATH não modificado possui uma polaridade muito forte devido à natureza dos seus grupos hidroxilo (-OH) superficiais, o que lhe permite dissolver-se ou depositar-se livremente em água com propriedades semelhantes. Após a modificação, o ATH apresenta uma camada de grupos lipofílicos aderidos à sua superfície, com os grupos hidroxilo (-OH) superficiais encapsulados. Quanto melhor for o efeito da modificação, maior será a taxa de cobertura dos grupos lipofílicos na superfície do ATH e maior será a sua capacidade de flutuar na superfície da água.
(3) Valor de Absorção de Óleo
A medição do valor de absorção de óleo requer a adição de óleo de rícino ao ATH e agitação. Antes da modificação, o ATH, devido às suas propriedades hidrófilas e oleofóbicas, necessita de uma maior quantidade de óleo de rícino para formar esferas. Após a modificação da superfície, esta torna-se hidrófila e oleofóbica, melhorando a dispersibilidade do ATH no polímero e reduzindo os vazios formados pela aglomeração do pó.