Trong lĩnh vực chống cháy polymer,nhôm hydroxit (ATH)từ lâu đã giữ vị trí cốt lõi trong thị trường chất chống cháy nhờ ưu điểm không độc hại, khử khói, thân thiện với môi trường và chi phí tương đối thấp. Tuy nhiên, ATH thông thường được điều chế bằng phương pháp kết tủa truyền thống thường bộc lộ những hạn chế như lượng lấp đầy lớn, khả năng tương thích kém và tổn thất cơ học nghiêm trọng khi đáp ứng yêu cầu hiệu suất cao ngày càng khắt khe của vật liệu polymer. Trong những năm gần đây, ATH mài (còn được gọi là "ATH sửa đổi" hoặc "ATH siêu mịn") được xử lý sâu thông qua công nghệ xử lý vật lý đã nổi lên như một lực lượng mới, dẫn đầu một nâng cấp quan trọng trong công nghệ ứng dụng ATH. Bài viết này sẽ phân tích sâu sắc những khác biệt cơ bản giữa ATH mặt đất và ATH thông thường từ góc độ chuyên môn của khoa học vật liệu, hóa học vật lý bề mặt và kỹ thuật giao diện vật liệu tổng hợp.
ATH thông thường: thường đề cập đến nhôm hydroxit được kết tủa trực tiếp thông qua các quá trình hóa học ướt như quá trình Bayer (phân hủy dung dịch natri aluminate) hoặc quá trình amoni bicarbonate. Hình thái tinh thể của nó chủ yếu là dạng tấm không đều, hình lăng trụ hoặc hình cầu, với sự phân bố kích thước hạt rộng (D50 thường nằm trong khoảng 10-50μm), bề mặt ưa nước, chứa một số lượng lớn các nhóm hydroxyl (- OH) và có tính phân cực mạnh.
mài ATH: Sử dụng ATH thông thường làm nguyên liệu thô, quá trình xử lý sâu được thực hiện thông qua quy trình cơ hóa. Quá trình này không chỉ đơn giản là "nghiền", mà là quá trình đạt được sự tinh chế hạt, hình cầu hóa và tái tạo các đặc tính hóa lý bề mặt dưới năng lượng cơ học cường độ cao (như nghiền luồng không khí, nghiền bi và nghiền trung bình). Các thông số quy trình chính bao gồm năng lượng đầu vào, lựa chọn môi trường, kiểm soát khí quyển và khả năng sửa đổi bề mặt tại chỗ.
·ATH thông thường: Cấu trúc tinh thể còn nguyên vẹn nhưng hiện tượng kết tụ rất nghiêm trọng (do năng lượng bề mặt cao và liên kết hydro mạnh). Bề mặt gồ ghề và cạnh sắc có thể dễ dàng hình thành các điểm tập trung ứng suất trong vật liệu composite.
·ATH mài: Đã đạt được sự điều chỉnh hình thái đáng kể.
·Kích thước và phân bố hạt: Đường kính trung bình (D50) có thể giảm xuống 1-3μm hoặc thậm chí ở mức dưới micron, và phân bố kích thước hạt (PSD) hẹp hơn. Theo phân tích nhiễu xạ laser theo tiêu chuẩn ISO 13320, khoảng phân bố giảm đáng kể.
·Hình dáng: có xu hướng hình dạng gần như hình cầu hoặc gần như hình cầu đều đặn hơn. Quá trình hình cầu hóa không chỉ làm giảm diện tích bề mặt riêng mà quan trọng hơn là làm giảm đáng kể các cạnh và góc của hạt, đây là chìa khóa để cải thiện khả năng chảy và tính chất cơ học của vật liệu composite.
·Trạng thái bề mặt: Dưới tác dụng của lực cơ học năng lượng cao, cấu trúc tinh thể của bề mặt hạt bị biến dạng hoặc vô định hình một phần, đồng thời các vị trí hoạt động tăng lên, cung cấp chất nền lý tưởng hơn cho quá trình biến đổi bề mặt tiếp theo.
Thành phần hóa học của cả hai đều là Al(OH)₃ và phản ứng phân hủy nhiệt chính là nhất quán (phân hủy thu nhiệt bắt đầu ở khoảng 200 oC để tạo thành Al₂O₃ và H₂O). Nhưng những khác biệt vi mô dẫn đến những hành vi khác nhau:
·ATH thông thường: Quá trình bắt đầu phân hủy và nhiệt độ cực đại tương đối tập trung và đỉnh thu nhiệt rộng hơn. Các hạt lớn có thể gây ra sự truyền nhiệt bên trong không đồng đều, ảnh hưởng đến tính đồng nhất của hiệu quả chống cháy.
·Mài ATH:
·Khả năng phân tán tốt hơn dẫn đến sự phân bố đồng đều hơn trong nền, truyền nhiệt và phân hủy đồng bộ hơn cũng như hiệu quả hấp thụ nhiệt và làm mát hiệu quả hơn.
·Diện tích bề mặt riêng lớn hơn (vẫn có thể tăng do tinh chế siêu mịn ở cùng trọng lượng sau khi tạo hình cầu) có nghĩa là diện tích phản ứng tiếp xúc lớn hơn với ngọn lửa/nguồn nhiệt, có thể tản nhiệt nhanh hơn và giải phóng hơi nước để làm loãng khí dễ cháy.
·Cặn phân hủy (Al₂O₃) có thể tạo thành lớp gốm bảo vệ dày đặc hơn và liên tục hơn do các hạt tiền chất mịn hơn, dẫn đến hiệu ứng rào cản tốt hơn.
Đây chính là lõi quyết định tính chất cơ học cuối cùng của vật liệu composite.
·ATH thông thường: Bề mặt phân cực mạnh có khả năng tương thích kém với các polyme không phân cực/phân cực yếu (như PP, PE, EVA). Liên kết giao diện yếu, tạo thành 'lớp ranh giới yếu'. Ở mức độ lấp đầy cao (thường yêu cầu> 60% để đáp ứng các tiêu chuẩn chống cháy), độ bền kéo, độ bền va đập và độ giãn dài khi đứt của vật liệu bị tổn hại nghiêm trọng.
·Mài ATH:
·Cải thiện khả năng thích ứng vật lý: Các hạt hình cầu có tính lưu động tuyệt vời trong polyme nóng chảy, với khả năng đóng gói chặt hơn và giảm ứng suất bên trong, độ nhớt nóng chảy thấp hơn (ở cùng một lượng đổ đầy) và cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý (chẳng hạn như tốc độ đùn và khả năng chảy phun).
·Tăng cường liên kết giao diện: Bề mặt được kích hoạt bằng lực cơ học dễ bị liên kết hóa học hoặc hấp phụ mạnh với các chất biến tính bề mặt (như silane, titanate, chất liên kết aluminate). Năng lượng bề mặt của ATH trên mặt đất đã được biến đổi giảm đi, đồng thời khả năng thấm ướt và vướng víu với chuỗi polyme được tăng cường, đạt được sự chuyển đổi từ "lấp đầy vật lý" sang "tăng cường giao diện".
| Thứ nguyên hiệu suất | ATH thông thường | Mài ATH (đặc biệt là sau khi sửa đổi bề mặt) |
| Hiệu quả chống cháy | Công bằng, có thể đáp ứng tiêu chuẩn với khối lượng chiết rót cao | Tốt hơn, nó có thể giảm lượng lấp đầy (không gian giảm 5-15%) ở cùng mức độ chống cháy |
| Tính chất cơ học | Suy thoái nghiêm trọng, độ giòn cao | Khả năng lưu giữ đáng kể, với tỷ lệ duy trì độ bền va đập và độ bền kéo cao hơn nhiều so với hệ thống làm đầy ATH thông thường |
| Khả năng gia công | Độ nhớt nóng chảy cao, mô-men xoắn cao, tiêu thụ năng lượng cao | Tính thanh khoản tốt, nhiệt độ xử lý có thể giảm, năng lực sản xuất có thể tăng lên và độ hao mòn của thiết bị có thể giảm |
| Hình dáng sản phẩm | Độ nhám bề mặt, độ bóng thấp | Bề mặt mịn, chạm tinh tế, tăng độ bóng, thuận lợi cho việc tạo màu |
| Tính chất điện | Do hấp thụ độ ẩm và tạp chất, điện trở suất không ổn định | Ổn định hơn, đặc biệt phù hợp với các lĩnh vực có yêu cầu hiệu suất điện cao như dây điện và cáp điện |
mài ATHkhông phải là vật liệu thay thế đơn giản cho ATH thông thường mà là vật liệu chống cháy hiệu suất cao đạt được thiết kế tích hợp bề mặt hình thái cấu trúc thông qua các quy trình cơ hóa tiên tiến. Giá trị cốt lõi của nó nằm ở:
1. Sự mâu thuẫn cố hữu giữa khả năng làm đầy cao và khả năng xử lý linh hoạt, cũng như các tính chất cơ học, đã được giải quyết thông qua tối ưu hóa hình dạng (siêu sàng lọc, tạo hình cầu).
2. Bằng cách kích hoạt và sửa đổi bề mặt, độ bám dính bề mặt với nền polyme đã được cải thiện về cơ bản, biến "chất độn trơ" thành "thành phần tăng cường chức năng".
3. Bằng cách cải thiện tính đồng nhất và hiệu quả của hiệu quả chống cháy, nó mang lại khả năng "giảm và tăng hiệu quả" của các công thức chống cháy không chứa halogen và thiết kế các sản phẩm có thành mỏng hơn hoặc hiệu suất cao hơn.
