Hydroxid hlinitý (ATH), jako nejrozšířenější bezhalogenové samozhášecí plnivo v epoxidové pryskyřici, pryži, kompozitních materiálech a elektronických těsnicích materiálech, má řadu výhod, jako je zpomalení hoření, potlačení kouře, výplň, izolace a regulovatelné náklady. Je to nepostradatelná funkční součást v globálním systému špičkových materiálů. V praktických aplikacích má však nemodifikovaný hydroxid hlinitý špatnou kompatibilitu s organickými polymerními matricemi, slabou mezifázovou vazbu, snadnou aglomeraci díky vysokému plnění a výrazně snížené mechanické vlastnosti systému, které dlouhodobě omezují stabilitu produktu a mezinárodní konkurenceschopnost na trhu.
Povrchová úprava je základní technologickou cestou k vyřešení výše uvedených bolestivých bodů a je také nejúčinnějším prostředkem ke zlepšení disperzibility, smáčivosti, kompatibility, mechanické pevnosti, tepelné odolnosti a dlouhodobé spolehlivosti hydroxidu hlinitého v polymerních systémech, jako je epoxidová pryskyřice.
Povrch nemodifikovaného hydroxidu hlinitého je bohatý na hydroxylové skupiny (-OH), vykazuje silnou polaritu a vlastnosti s vysokou povrchovou energií. Má přirozené bariéry rozhraní s nízkopolárními organickými matricemi, jako jsou epoxidové pryskyřice a elastomery, projevující se hlavně jako:
1. Špatná kompatibilita rozhraní, snadná aglomerace plniv a potíže s rovnoměrnou disperzí;
2. Pryskyřice nemůže zcela smáčet povrch plniva, tvoří mezery na rozhraní a defekty;
3. Při působení vnější síly je náchylnost k rozpojení rozhraní, což vede k praskání materiálu a křehkému lomu;
4. Viskozita systému s vysokou náplní se prudce zvyšuje a tekutost zpracování se výrazně zhoršuje;
5. Pevnost v tahu, pevnost v ohybu a rázová houževnatost se synchronně snižují, což nemůže splnit požadavky špičkových aplikací.
Tyto problémy přímo vedou k neschopnosti produktů projít mezinárodními certifikacemi, jako je UL, IEC, RoHS atd., a jsou také klíčovými důvody, proč se běžný hydroxid hlinitý obtížně dostává do globálního high-end dodavatelského řetězce.
Podstatou povrchové úpravy hydroxidu hlinitého je rozhraní, které dosahuje tří základních funkcí vytvořením organické povlakové vrstvy na molekulární úrovni na povrchu anorganických částic:
1. Snížit povrchovou energii, minimalizovat samovolnou agregaci mezi částicemi a zlepšit rovnoměrnost disperze;
2. Přizpůsobení polarity mění hydrofilitu plniva na oleofilitu, čímž je vysoce kompatibilní s organickou matricí;
3. Přemostění rozhraní, vytváření chemických vazeb mezi plnivy a pryskyřicemi pro přenos napětí a zvýšení mechanické pevnosti.
Jednoduše řečeno, povrchová úprava přeměňuje hydroxid hlinitý z „jednoduchého plnění“ na „efektivní synergii“ a z „destruktivního výkonu“ na „vylepšený výkon“.
V současnosti high-endhydroxid hlinitýprodukty na celém světě obecně používají specifická nebo složená činidla pro povrchovou úpravu. Různé systémy vykazují významné rozdíly ve zlepšení kompatibility, mechanickém vylepšení a tekutosti zpracování. Následují nejvyspělejší a nejstabilnější technické cesty v tomto odvětví.
Silanové vazebné činidlo je nejúčinnější a nejrozšířenější metoda úpravy pro zvýšení kompatibility mezi hydroxidem hlinitým a epoxidovou pryskyřicí, zvláště vhodná pro špičková pole, jako je elektronické těsnění, lité materiály a lamináty plátované mědí.
Mechanismus účinku:
-Jeden konec molekuly silanu tvoří stabilní kovalentní vazbu s hydroxylovou skupinou na povrchu ATH;
-Druhý konec obsahuje funkční skupiny, jako jsou epoxidové, amino a vinylové skupiny, které se mohou přímo účastnit vytvrzovací reakce epoxidové pryskyřice;
-Vytvářejte na rozhraní silný „molekulární můstek“, který výrazně zvyšuje adhezi na rozhraní.
Efekt vylepšení:
-Zlepšit kompatibilitu a disperzibilitu o více než 50 %;
-Zvýšení pevnosti v tahu a ohybu o 20% -40%;
-Výrazné zlepšení rázové houževnatosti, bez praskání nebo křehkého lomu;
-Při vysokém plnění je viskozita nižší a tekutost stabilnější.
Činidla pro úpravu esterů titanu a hliníku jsou vhodná pro systémy kompozitních materiálů, které vyžadují vysoká přídavná množství, nízkou viskozitu a silnou smáčivost a mohou významně zlepšit kluznost mezifázového rozhraní a tekutost zpracování.
Mechanismus účinku:
-Jednomolekulární povlak snižuje tření mezi částicemi;
- Struktura dlouhého řetězce se prolíná s pryskyřicovou matricí pro zvýšení kompatibility;
-Netvoří tuhé rozhraní, vyvažuje tuhost a zpracovatelnost.
Efekt vylepšení:
-Viskozita systému se výrazně snížila, což umožňuje dosažení vyšších úrovní plnění;
-Rovnoměrně rozptýlené, bez agregace nebo separace;
- Povrch materiálu je hladší a vzhled a zpracovatelnost jsou výrazně optimalizovány.
Zpracování vysoce rozvětveného polymerního kompozitu se stalo novou hlavní technologií pro špičkové světové materiály, které vyžadují vysokou retardaci hoření, vysoké CTI, vysokou izolaci a vysokou spolehlivost.
Mechanismus účinku:
-Více rozvětvená struktura poskytuje prostorovou překážku a zcela zabraňuje agregaci částic;
-Vysoká hustota funkčních skupin, silnější a stabilnější spojení rozhraní;
-Nízká absorpce vlhkosti a nízké dielektrikum, vhodné pro špičková elektronická zařízení.
Efekt vylepšení:
-Rozhraní neselže v dlouhodobě vlhkém a horkém prostředí;
-Výrazné zlepšení izolačního výkonu a napěťové odolnosti;
- Dosáhněte optimální rovnováhy mezi mechanickými vlastnostmi a nehořlavostí.
Povrchová úprava není jen „míchání a míchání“, pouze přesná kontrola podmínek procesu může maximalizovat efekt modifikace.
1. Přesná kontrola množství přidaného ošetřovacího prostředku
Nedostatek ošetřovacího prostředku → neúplný nátěr;
Nadměrné ošetřující činidlo → vzhled volné vrstvy na rozhraní, snižující pevnost vytvrzování a tepelnou odolnost.
Optimální přídavné množství: 0,5 % - 2,0 % hmotnosti hydroxidu hlinitého.
2. Aktivační teplota a čas
Různá činidla pro úpravu odpovídají různým teplotám aktivace, aby se zajistilo úplné vytvoření chemických vazeb spíše než fyzikální adsorpce.
-Silanové vazebné činidlo: 100 ℃ -150 ℃, 60-120 minut;
-Titanát/hlinitan: 80 ℃ -120 ℃, 30-60 minut.
3. Vysoká rovnoměrná disperze
Použití vysokorychlostního míchání, suchého potahování a dynamického mletí, aby se zajistilo, že každá částice hydroxidu hlinitého bude rovnoměrně potažena a zabrání se místní aglomeraci.
4. Kontrola nízkého obsahu vlhkosti
Přísně kontrolujte obsah vlhkosti po zpracování, abyste se vyhnuli problémům, jako je vytvrzování, pěnění a degradace izolace epoxidové pryskyřice, v souladu s mezinárodními normami pro elektroniku.
Po profesionální povrchové úpravě,hydroxid hlinitýmůže dosáhnout komplexního zvýšení výkonu přidáním epoxidové pryskyřice:
1. Výrazné zlepšení kompatibility: žádná delaminace, žádné usazování, žádná aglomerace, vysoká náplň stále udržuje rovnoměrnou stabilitu;
2. Významné zlepšení mechanických vlastností: komplexní zlepšení pevnosti v tahu, pevnosti v ohybu a rázové houževnatosti, díky čemuž je méně náchylný k praskání;
3. Silnější spojení rozhraní: vyšší zachování výkonu po stárnutí za mokra a tepelného šoku;
4. Lepší tekutost zpracování: nižší viskozita, vhodná pro automatické utěsňování, lití a formování;
5. Zlepšení izolace a spolehlivosti: zmenšují se mezery na rozhraní, napěťová odolnost, hodnota CTI a dlouhodobá stabilita splňují mezinárodní špičkové požadavky;
6. Vyšší účinnost zpomalování hoření: Rovnoměrná disperze způsobuje, že ATH podléhá synchronnějšímu tepelnému rozkladu, což má za následek stabilnější účinky zpomalující hoření a potlačení kouře.
Povrchová úprava hydroxidu hlinitého je základní technologií pro zlepšení kompatibility plniv, pevnosti mezifázového spojení, mechanických vlastností systému, tekutosti zpracování a dlouhodobé spolehlivosti. Prostřednictvím vědeckých modifikací, jako jsou silan, titanát a hyperrozvětvené polymery, může být bariéra rozhraní mezi anorganickými plnidly a organickými matricemi zásadně vyřešena, čímž se vysoce plnící, vysoce výkonné, bezhalogenové a ekologické systémy epoxidových pryskyřic staly skutečností.
Na dnešním stále více konkurenčním globálním trhu špičkových materiálů jsou produkty hydroxidu hlinitého se stabilními, účinnými a standardizovanými technologiemi povrchové úpravy nejen klíčem k modernizaci receptury, ale také důležitou podporou pro podniky při otevírání mezinárodních trhů, dosahování průlomů v kvalitě a vytváření dlouhodobé konkurenceschopnosti.
