Trong lĩnh vực vật liệu composite polyme, việc ứng dụngnhôm hydroxit (ATH)như một chất độn chống cháy không chứa halogen hiệu quả là rất quan trọng. Tuy nhiên, khả năng tương thích kém và xu hướng tổng hợp giữa ATH và ma trận nhựa từ lâu đã hạn chế hiệu suất tối đa của chúng. Trộn khô truyền thống thường dẫn đến sự phân tán không đồng đều và hình thành các điểm yếu do ứng suất. Sự ra đời của công nghệ mài ướt mang lại giải pháp khoa học và hiệu quả cho vấn đề này.
Nghiền ướt không phải là một quá trình đơn giản để giảm kích thước hạt mà là một kỹ thuật hợp tác nhằm đạt được sự tinh chế hạt, biến đổi bề mặt và kích hoạt giao diện đồng thời trong môi trường lỏng.
Nghiền ướt áp dụng lực tác động, lực cắt và lực ma sát tần số cao vào hỗn hợp bùn thông qua các hạt mài (như zirconia) trong môi trường pha lỏng nơi có chất trợ nghiền (như chất phân tán). Lực này có thể khử polyme một cách hiệu quả các cốt liệu cứng của ATH và khiến các hạt tinh thể ban đầu bị vỡ.
·Giảm kích thước hạt: Ổn định và kiểm soát kích thước hạt D50 đến mức dưới micron hoặc thậm chí nanomet. Theo lý thuyết thấm cổ điển của de Gennes, kích thước hạt nhỏ hơn làm giảm áp suất mao quản (Δ P ∝ γ/r, trong đó γ là sức căng bề mặt và r là bán kính lỗ rỗng) cần thiết để khắc phục các lỗ nhỏ và khuyết tật trên bề mặt nhựa tan chảy chứa đầy các hạt, từ đó thúc đẩy quá trình thấm vi mô.
Môi trường pha lỏng của quá trình mài ướt cung cấp một vị trí phản ứng lý tưởng cho việc biến đổi bề mặt “trực tuyến”. Trong hoặc sau quá trình nghiền, các chất biến tính bề mặt (chẳng hạn như chất liên kết silane, chất liên kết titanate, axit béo, v.v.) có thể được thêm vào đồng thời.
·Phản ứng ghép tại chỗ: Lấy chất liên kết silane (như KH-550, KH-560) làm ví dụ, các nhóm alkoxy của chúng bị thủy phân thành silanol dưới sự xúc tác của nước, sau đó thực hiện phản ứng ngưng tụ với nhóm hydroxyl trên bề mặt ATH để hình thành liên kết cộng hóa trị Si-O-Al bền. Chuỗi dài hữu cơ của nó (như nhóm amino và epoxy) kéo dài về phía nền nhựa và có thể tham gia vào phản ứng đóng rắn của nhựa hoặc tạo thành sự vướng víu vật lý.
·Cải thiện cơ bản về năng lượng bề mặt: Bề mặt ATH biến đổi chuyển từ ưa nước sang ưa dầu (kỵ nước), và năng lượng tự do bề mặt (γ _ s) gần với năng lượng tự do bề mặt (γ _ l) của nhựa. Theo phương trình làm ướt của Young (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ), việc giảm góc tiếp xúc θ và tăng cos θ cho thấy sự cải thiện cơ bản về khả năng làm ướt (lan rộng) của nhựa đối với các hạt. Sự giảm đáng kể sức căng bề mặt (γ _stl) là động lực nhiệt động trực tiếp để cải thiện khả năng thấm ướt.
Các chất phân tán (như chất đa điện phân và chất hoạt động bề mặt polyme) trong bùn nghiền ướt duy trì độ ổn định phân tán lâu dài củaATHcác hạt trong pha lỏng thông qua cơ chế kép gồm lực đẩy tĩnh điện và lực cản không gian. Trạng thái ổn định này đặt nền tảng cho quá trình phân tán trước trong quá trình trộn tiếp theo với nhựa.
·Độ ổn định tĩnh điện (lý thuyết DLVO): Chất phân tán ion hấp phụ trên bề mặt hạt, tạo thành lớp kép. Khi các hạt đến gần, chúng phân tán do lực đẩy tĩnh điện.
·Tính ổn định của cản trở không gian: Chuỗi dài các chất phân tán polymer tạo thành lớp hấp phụ trên bề mặt hạt. Khi các hạt đến gần, các lớp hấp phụ chồng lên nhau làm giảm entropy hình dạng của chuỗi polymer và tăng áp suất thẩm thấu, dẫn đến lực đẩy mạnh.
Cấu trúc ổn định được phân tán trước này có thể được giữ lại tối đa trong quá trình trộn, sấy khô hoặc xử lý hỗn hợp ATH và nhựa, đạt được "sự chuyển giao hoàn hảo" vào ma trận nhựa.
ATH được xử lý thông qua công nghệ mài ướt đạt được sự tích hợp sâu từ vĩ mô đến vi mô, từ vật lý đến hóa học trong nhựa, cuối cùng thể hiện ở sự cải thiện toàn diện các đặc tính của vật liệu composite:
·Độ đồng đều phân tán tuyệt vời: Dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM), các hạt ATH có thể được quan sát thấy phân bố đồng đều trong pha nhựa liên tục ở quy mô nanomet/dưới micron, mà không nhìn thấy được các tập hợp.
·Liên kết giao diện mạnh hơn: Giao diện được sửa đổi tạo thành một "lớp linh hoạt" hoặc liên kết hóa học hiệu quả, cho phép truyền ứng suất một cách hiệu quả và cải thiện đáng kể độ bền cơ học (độ bền kéo, độ bền va đập) và độ bền của vật liệu.
·Hiệu quả chống cháy và tính chất vật lý ổn định: Sự phân tán đồng đều đảm bảo hiệu ứng rào cản tổng hợp, hiệu quả và ổn định của các thành phần chống cháy trong đám cháy, đồng thời tránh suy giảm hiệu suất cục bộ do sự kết tụ chất độn gây ra.
·Cải thiện lưu biến xử lý: Làm ướt hạt tốt, ít kết tụ hơn, có thể làm giảm đáng kể độ nhớt của vật liệu composite nóng chảy, tăng lượng lấp đầy và khả năng chảy của quá trình xử lý.
Công nghệ nghiền ướt khắc phục một cách có hệ thống vấn đề thẩm thấu và phân tán củanhôm hydroxittrong ma trận nhựa thông qua tác dụng hiệp đồng ba lần là nghiền vật lý, biến đổi hóa học và ổn định phân tán. Nó làm giảm năng lượng bề mặt về mặt nhiệt động và cung cấp lực truyền động phân tán và cơ chế ổn định về mặt động học, nhờ đó đạt được liên kết chặt chẽ giữa chất độn và nền ở cấp độ nano. Đây không chỉ là một cải tiến công nghệ mà còn là ứng dụng chuyên sâu của lý thuyết khoa học về chất keo và giao diện, cung cấp một lộ trình công nghệ quan trọng để phát triển thế hệ tiếp theo của vật liệu composite polymer hiệu suất cao, khả năng lấp đầy cao và được chức năng hóa.
