Hydroxid hlinitý (ATH), ako najrozšírenejšie bezhalogénové plnivo spomaľujúce horenie v epoxidovej živici, gume, kompozitných materiáloch a elektronických tesniacich materiáloch, má viacero výhod, ako je spomaľovanie horenia, potlačenie dymu, plnenie, izolácia a regulovateľné náklady. Je to nenahraditeľná funkčná súčasť globálneho systému špičkových materiálov. V praktických aplikáciách má však nemodifikovaný hydroxid hlinitý zlú kompatibilitu s organickými polymérnymi matricami, slabú medzifázovú väzbu, ľahkú aglomeráciu v dôsledku vysokého plnenia a výrazne znížené mechanické vlastnosti systému, ktoré dlhodobo obmedzujú stabilitu produktu a konkurencieschopnosť na medzinárodnom trhu.
Povrchová úprava je hlavnou technologickou cestou na vyriešenie vyššie uvedených bolestivých bodov a je to tiež najefektívnejší prostriedok na zlepšenie dispergovateľnosti, zmáčavosti, kompatibility, mechanickej pevnosti, tepelnej odolnosti a dlhodobej spoľahlivosti hydroxidu hlinitého v polymérnych systémoch, ako je epoxidová živica.
Povrch nemodifikovaného hydroxidu hlinitého je bohatý na hydroxylové skupiny (-OH), vykazuje silnú polaritu a vysokú povrchovú energiu. Má prirodzené bariéry na rozhraní s organickými matricami s nízkou polaritou, ako sú epoxidové živice a elastoméry, prejavujúce sa hlavne ako:
1. Zlá kompatibilita rozhrania, ľahká aglomerácia plnív a ťažkosti s rovnomernou disperziou;
2. Živica nemôže úplne zmáčať povrch plniva, vytvára medzery na rozhraní a defekty;
3. Pri pôsobení vonkajšej sily je náchylné na rozpojenie rozhrania, čo vedie k praskaniu materiálu a krehkému lomu;
4. Viskozita systému s vysokou náplňou sa prudko zvyšuje a tekutosť spracovania sa výrazne zhoršuje;
5. Pevnosť v ťahu, pevnosť v ohybe a rázová húževnatosť klesajú synchrónne, čo nemôže spĺňať požiadavky špičkových aplikácií.
Tieto problémy priamo vedú k neschopnosti produktov prejsť medzinárodnými certifikáciami, ako sú UL, IEC, RoHS atď., a sú tiež kľúčovými dôvodmi, prečo je ťažké vstúpiť do globálneho špičkového dodávateľského reťazca bežného hydroxidu hlinitého.
Podstatou povrchovej úpravy hydroxidu hlinitého je inžinierstvo rozhrania, ktoré dosahuje tri základné funkcie vytvorením organickej povlakovej vrstvy na molekulárnej úrovni na povrchu anorganických častíc:
1. Znížte povrchovú energiu, minimalizujte samovoľnú agregáciu medzi časticami a zlepšite rovnomernosť disperzie;
2. Zhoda polarity mení hydrofilnosť plniva na oleofilitu, čím sa stáva vysoko kompatibilným s organickou matricou;
3. Premostenie rozhrania, vytváranie chemických väzieb medzi plnivami a živicami na prenos napätia a zvýšenie mechanickej pevnosti.
Jednoducho povedané, povrchová úprava premieňa hydroxid hlinitý z „jednoduchého plnenia“ na „účinnú synergiu“ a z „deštruktívneho výkonu“ na „vylepšený výkon“.
V súčasnosti high-endhydroxid hlinitýprodukty na celom svete vo všeobecnosti používajú špecifické alebo zložené činidlá na povrchovú úpravu. Rôzne systémy vykazujú významné rozdiely v zlepšení kompatibility, mechanickom vylepšení a tekutosti spracovania. Nasledujú najvyspelejšie a najstabilnejšie technické cesty v tomto odvetví.
Silánové väzobné činidlo je najúčinnejšou a široko používanou metódou úpravy na zvýšenie kompatibility medzi hydroxidom hlinitým a epoxidovou živicou, zvlášť vhodné pre špičkové polia, ako sú elektronické tesnenia, liatiny a lamináty potiahnuté meďou.
Mechanizmus účinku:
-Jeden koniec molekuly silanu tvorí stabilnú kovalentnú väzbu s hydroxylovou skupinou na povrchu ATH;
- Druhý koniec obsahuje funkčné skupiny, ako sú epoxidové, amino a vinylové skupiny, ktoré sa môžu priamo podieľať na vytvrdzovacej reakcii epoxidovej živice;
- Vytvorte silný „molekulárny most“ na rozhraní, čím sa výrazne zvýši medzifázová adhézia.
Efekt vylepšenia:
-Zlepšiť kompatibilitu a dispergovateľnosť o viac ako 50%;
-Zvýšenie pevnosti v ťahu a ohybu o 20% -40%;
-výrazné zlepšenie rázovej húževnatosti bez praskania alebo krehkého lomu;
-Pri vysokom plnení je viskozita nižšia a tekutosť je stabilnejšia.
Činidlá na úpravu esterov titánu a hliníka sú vhodné pre systémy kompozitných materiálov, ktoré vyžadujú vysoké množstvá prídavkov, nízku viskozitu a silnú zmáčavosť a môžu výrazne zlepšiť medzifázovú lubricitu a tekutosť spracovania.
Mechanizmus účinku:
-Jednomolekulárna vrstva znižuje trenie medzi časticami;
-Štruktúra s dlhým reťazcom sa prelína so živicovou matricou na zvýšenie kompatibility;
-Netvorí pevné rozhranie, vyrovnáva húževnatosť a spracovateľnosť.
Efekt vylepšenia:
-Viskozita systému sa výrazne znížila, čo umožňuje dosiahnuť vyššie úrovne plnenia;
-Rovnomerne rozptýlené, bez agregácie alebo separácie;
- Povrch materiálu je hladší a vzhľad a spracovateľnosť sú výrazne optimalizované.
Ošetrenie vysoko rozvetveným polymérnym kompozitom sa stalo novou bežnou technológiou pre špičkové svetové materiály, ktoré vyžadujú vysokú retardáciu horenia, vysoké CTI, vysokú izoláciu a vysokú spoľahlivosť.
Mechanizmus účinku:
-Mnohorozvetvená štruktúra poskytuje priestorové prekážky a úplne zabraňuje agregácii častíc;
-Vysoká hustota funkčných skupín, silnejšia a stabilnejšia väzba rozhrania;
-Nízka absorpcia vlhkosti a nízke dielektrikum, vhodné pre špičkové elektronické zariadenia.
Efekt vylepšenia:
-Rozhranie nezlyhá v dlhodobom vlhkom a horúcom prostredí;
-Výrazné zlepšenie izolačného výkonu a napäťovej odolnosti;
- Dosiahnite optimálnu rovnováhu medzi mechanickými vlastnosťami a spomaľovaním horenia.
Povrchová úprava nie je len „miešanie a miešanie“, len presná kontrola podmienok procesu môže maximalizovať efekt modifikácie.
1. Presná kontrola množstva pridaného ošetrovacieho činidla
Nedostatočný ošetrujúci prostriedok → neúplný náter;
Nadmerná úprava činidla → vzhľad voľnej vrstvy na rozhraní, čo znižuje pevnosť pri vytvrdzovaní a tepelnú odolnosť.
Optimálne pridané množstvo: 0,5 % - 2,0 % hmotnosti hydroxidu hlinitého.
2. Teplota a čas aktivácie
Rôzne činidlá na úpravu zodpovedajú rôznym teplotám aktivácie, aby sa zabezpečila úplná tvorba chemických väzieb, a nie fyzikálna adsorpcia.
-Silanové väzbové činidlo: 100 ℃ -150 ℃, 60-120 minút;
-Titanát/hlinitan: 80 ℃ -120 ℃, 30-60 minút.
3. Vysoká rovnomerná disperzia
Použitie vysokorýchlostného miešania, suchého poťahovania a dynamického mletia, aby sa zabezpečilo, že každá častica hydroxidu hlinitého bude rovnomerne potiahnutá a zabráni sa lokálnej aglomerácii.
4. Kontrola nízkeho obsahu vlhkosti
Prísne kontrolujte obsah vlhkosti po spracovaní, aby ste predišli problémom, ako je vytvrdzovanie, penenie a degradácia izolácie epoxidovej živice, v súlade s medzinárodnými normami pre elektroniku.
Po profesionálnej povrchovej úprave,hydroxid hlinitýmôže dosiahnuť komplexné zvýšenie výkonu pridaním epoxidovej živice:
1. Výrazné zlepšenie kompatibility: žiadna delaminácia, žiadne usadzovanie, žiadna aglomerácia, vysoká náplň stále zachováva rovnomernú stabilitu;
2. Výrazné zlepšenie mechanických vlastností: komplexné zlepšenie pevnosti v ťahu, pevnosti v ohybe a rázovej húževnatosti, vďaka čomu je menej náchylný na praskanie;
3. Silnejšie spojenie rozhrania: vyššia retencia výkonu po starnutí mokrým teplom a tepelnom šoku;
4. Lepšia tekutosť spracovania: nižšia viskozita, vhodná na automatizované procesy tesnenia, liatia a formovania;
5. Zlepšenie izolácie a spoľahlivosti: zmenšujú sa medzery na rozhraní, napäťová odolnosť, hodnota CTI a dlhodobá stabilita spĺňajú medzinárodné špičkové požiadavky;
6. Vyššia účinnosť spomaľovania horenia: Rovnomerná disperzia spôsobuje, že ATH podlieha synchrónnejšiemu tepelnému rozkladu, čo vedie k stabilnejším účinkom spomaľovača horenia a potláčania dymu.
Povrchová úprava hydroxidu hlinitého je hlavnou technológiou na zlepšenie kompatibility plnív, pevnosti medzifázového spojenia, mechanických vlastností systému, tekutosti spracovania a dlhodobej spoľahlivosti. Prostredníctvom vedeckých modifikácií, ako sú silán, titanát a hyperrozvetvené polyméry, je možné zásadne vyriešiť bariéru rozhrania medzi anorganickými plnivami a organickými matricami, vďaka čomu sa systémy epoxidových živíc s vysokou výplňou, vysokým výkonom, bez obsahu halogénov a šetrné k životnému prostrediu stanú skutočnosťou.
Na dnešnom stále viac konkurenčnom globálnom trhu špičkových materiálov sú produkty hydroxidu hlinitého so stabilnými, účinnými a štandardizovanými technológiami povrchovej úpravy nielen kľúčom k modernizácii receptúry, ale aj dôležitou podporou pre podniky pri otváraní medzinárodných trhov, dosahovaní prielomov v kvalite a vytváraní dlhodobej konkurencieschopnosti.
