Nhôm hydroxit: Tại sao không thể sử dụng trực tiếp?
Hydroxit lưỡng tính vô cơ—nhôm hydroxit (Al(OH)3, ATH)—có đặc tính chống cháy, chống khói và làm đầy hiệu quả cao. Khi phân hủy nhiệt, nó không tạo ra khí độc hoặc ăn mòn và có thể được sử dụng làm chất độn chống cháy trong vật liệu hữu cơ polyme. Hiện nay, việc sử dụng ATH làm chất chống cháy đang tăng lên hàng năm, và ATH đã trở thành chất chống cháy vô cơ quan trọng nhất trên toàn cầu.
Sửa đổi trước, chống cháy sau
Thông thường, các nhà sản xuất thường đổ bột nhôm hydroxit (ATH) vào vật liệu dễ cháy hoặc phủ lên bề mặt vật liệu dễ cháy một lớp phủ chống cháy có chứa ATH để cải thiện đặc tính chống cháy của vật liệu hữu cơ polyme.
Hơn nữa, vì ATH chứa ba nhóm hydroxyl (-OH), bề mặt của nó không đối xứng và có độ phân cực cao. Các nhóm hydroxyl bề mặt thể hiện tính chất ưa nước và kỵ dầu, khiến nó dễ bị kết tụ khi được thêm vào vật liệu hữu cơ polyme, ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính cơ học của vật liệu.
Do đó, nhôm hydroxit cần được biến tính bề mặt trước khi sử dụng.
Biến tính bề mặt nhôm hydroxit
Biến tính bề mặt là một trong những công nghệ then chốt để tối ưu hóa các tính chất của vật liệu bột vô cơ, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất ứng dụng và giá trị của bột vô cơ. Biến tính bề mặt của các hạt vô cơ là quá trình hấp phụ hoặc bao bọc một hoặc nhiều chất trên bề mặt của các hạt vô cơ, tạo thành cấu trúc composite lõi-vỏ. Quá trình này về cơ bản là quá trình tổng hợp các chất khác nhau.
Các loại và đặc điểm của chất biến tính
Có nhiều loại chất biến tính bề mặt dạng bột, nhưng không có phương pháp phân loại chuẩn. Các chất biến tính dùng để biến tính bột vô cơ chủ yếu được chia thành hai loại: chất hoạt động bề mặt và chất liên kết.
(1) Chất liên kết
Chất liên kết phù hợp với nhiều hệ vật liệu composite polyme hữu cơ và chất độn vô cơ khác nhau. Sau khi biến tính bề mặt bằng chất liên kết, tính tương thích và khả năng phân tán của vật liệu vô cơ với polyme được tăng lên. Bề mặt của vật liệu vô cơ chuyển từ ưa nước và kỵ dầu sang ưa dầu và kỵ nước, tăng ái lực của nó với polyme hữu cơ.
Các chất liên kết rất đa dạng và có thể được phân loại thành bốn loại chính dựa trên cấu trúc và thành phần hóa học của chúng: phức chất hữu cơ, silan, titanat và aluminat.
(2) Chất hoạt động bề mặt
Chất hoạt động bề mặt là những chất có thể làm thay đổi đáng kể các đặc tính bề mặt hoặc giao diện của vật liệu khi được sử dụng với lượng rất nhỏ. Chúng bao gồm các chất hoạt động bề mặt anion, cation và không ion, chẳng hạn như các axit béo bậc cao và muối, ancol, amin và este của chúng. Cấu trúc phân tử của chúng được đặc trưng bởi một nhóm alkyl mạch dài ở một đầu, tương tự như các phân tử polyme, và các nhóm phân cực như nhóm carboxyl, ether và amino ở đầu kia.
Làm thế nào để xác định hiệu ứng biến tính?
Nhôm hydroxit biến tính có đáng tin cậy không? Độ tin cậy của nó như thế nào? Điều này đòi hỏi phải đánh giá và mô tả hiệu ứng biến tính.
Hiện nay, hiệu quả chống cháy của chất chống cháy nhôm hydroxit có thể được đánh giá thông qua các phương pháp trực tiếp như kiểm tra chỉ số oxy, chỉ số cháy theo phương thẳng đứng và phương ngang, lượng khói sinh ra, phân tích nhiệt trọng lượng và các tính chất cơ học của vật liệu trong quá trình cháy; hoặc gián tiếp bằng cách đo độ hấp thụ bột, chỉ số hoạt hóa và giá trị hấp thụ dầu để kiểm tra gián tiếp hiệu quả biến tính của nó.
(1) Độ hấp thụ
ATH chưa biến tính có các nhóm hydroxyl ưa nước và kỵ dầu trên bề mặt, cho phép nó hòa tan trong nước hoặc lắng tự do xuống đáy. Sau khi biến tính, bề mặt của ATH trở nên ưa nước và kỵ dầu, với các tính chất bề mặt hoàn toàn trái ngược với dạng chưa biến tính. Nó không thể hòa tan hoặc lắng xuống đáy và chỉ có thể nổi trên bề mặt. Tuy nhiên, ATH đã biến tính có thể hòa tan hoặc kết tủa tốt trong dầu (chẳng hạn như parafin lỏng).
(2) Chỉ số hoạt hóa
ATH chưa biến tính có độ phân cực rất mạnh do bản chất của các nhóm hydroxyl bề mặt (-OH), cho phép nó hòa tan hoặc lắng tự do trong nước với các tính chất tương tự. Sau khi biến tính, ATH có một lớp nhóm thân dầu bám trên bề mặt, với các nhóm hydroxyl bề mặt (-OH) được bao bọc bên trong. Hiệu ứng biến tính càng tốt, tỷ lệ phủ nhóm thân dầu trên bề mặt ATH càng cao, và ATH biến tính càng nổi trên mặt nước.
(3) Giá trị hấp thụ dầu
Việc đo giá trị hấp thụ dầu đòi hỏi phải thêm dầu thầu dầu vào ATH và khuấy. Trước khi biến tính, ATH, do đặc tính ưa nước và kỵ dầu, cần nhiều dầu thầu dầu hơn để tạo thành các khối cầu. Sau khi biến tính bề mặt, nó trở nên ưa nước và kỵ dầu, cải thiện khả năng phân tán của ATH trong polyme và giảm các lỗ rỗng hình thành do sự kết tụ bột.