В области полимерных композиционных материалов применяетсягидроксид алюминия (АТН)как эффективный безгалогеновый антипиреновый наполнитель имеет решающее значение. Однако плохая совместимость и склонность к агрегации между ATH и матрицей смолы долгое время ограничивали их полную производительность. Традиционное сухое смешивание часто приводит к неравномерному диспергированию и образованию слабых мест. Внедрение технологии мокрого измельчения обеспечивает научное и эффективное решение этой проблемы.
Мокрое измельчение — это не простой процесс уменьшения размера частиц, а совместная инженерная работа, которая одновременно обеспечивает измельчение частиц, модификацию поверхности и активацию поверхности раздела в жидкой среде.
Мокрое измельчение воздействует на суспензию высокочастотными ударными, сдвиговыми силами и силами трения через мелющие шарики (например, из диоксида циркония) в жидкофазной среде, где присутствуют измельчающие добавки (например, диспергаторы). Эта сила может эффективно деполимеризовать твердые агрегаты АТН и вызвать разрушение исходных кристаллических частиц.
·Уменьшение размера частиц: Стабилизация и контроль размера частиц D50 до субмикронного или даже нанометрового уровня. Согласно классической теории инфильтрации де Жена, частицы меньшего размера уменьшают капиллярное давление (Δ P ∝ γ/r, где γ — поверхностное натяжение, а r — радиус пор), необходимое для преодоления микропор и дефектов на поверхности частиц, заполненных расплавом смолы, тем самым способствуя микроинфильтрации.
Жидкофазная среда мокрого измельчения обеспечивает идеальную зону реакции для «онлайн» модификации поверхности. Во время или после процесса измельчения одновременно можно добавлять модификаторы поверхности (такие как силановый связующий агент, титанатный связующий агент, жирные кислоты и т. д.).
· Реакция прививки in situ: если взять в качестве примера силановые связующие агенты (такие как KH-550, KH-560), их алкоксигруппы гидролизуются в силанол под катализом воды, а затем подвергаются реакции конденсации с гидроксильными группами на поверхности ATH с образованием прочных ковалентных связей Si-O-Al. Его органические длинные цепи (например, амино- и эпоксидные группы) тянутся к матрице смолы и могут участвовать в реакции отверждения смолы или образовывать физическое переплетение.
· Фундаментальное улучшение межфазной энергии: модифицированная поверхность ATH меняется с гидрофильной на олеофильную (гидрофобную), а ее свободная поверхностная энергия (γ _ s) приближается к поверхностной свободной энергии (γ _ l) смолы. Согласно уравнению смачивания Янга (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ), уменьшение угла смачивания θ и увеличение cos θ указывают на фундаментальное улучшение смачивающей способности (растекания) смолы по отношению к частицам. Значительное снижение межфазного натяжения (γ _stl) является прямой термодинамической движущей силой улучшения смачиваемости.
Диспергаторы (такие как полиэлектролиты и полимерные поверхностно-активные вещества) в суспензиях мокрого помола поддерживают долговременную стабильность дисперсии.АТНчастицы в жидкой фазе посредством двойного механизма электростатического отталкивания и стерического затруднения. Это стабильное состояние закладывает основу для предварительного диспергирования при последующем смешивании со смолами.
·Электростатическая стабильность (теория DLVO): Ионные диспергаторы адсорбируются на поверхности частиц, образуя двойной слой. Когда частицы приближаются, они рассеиваются за счет электростатического отталкивания.
·Стабильность стерических препятствий: Длинные цепи полимерных диспергаторов образуют адсорбционный слой на поверхности частиц. При сближении частиц перекрывающиеся адсорбционные слои вызывают уменьшение конформационной энтропии полимерных цепей и увеличение осмотического давления, что приводит к возникновению сильной силы отталкивания.
Эта предварительно диспергированная стабильная структура может быть максимально сохранена во время процесса смешивания, сушки или отверждения суспензии ATH и смолы, обеспечивая «идеальный перенос» в матрицу смолы.
АТН, обработанный с помощью технологии мокрого измельчения, обеспечивает глубокую интеграцию от макро к микро, от физики к химии в смоле, что в конечном итоге отражается на комплексном улучшении свойств композитного материала:
·Отличная однородность дисперсии: при сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) частицы ATH можно наблюдать равномерно распределенными в непрерывной фазе смолы в нанометровом/субмикронном масштабе, без видимых агрегатов.
·Более прочное межфазное соединение: модифицированное межфазное соединение образует эффективный «гибкий слой» или химическую связь, позволяющую эффективно передавать напряжение и значительно улучшать механическую прочность (растяжение, ударную вязкость) и долговечность материала.
·Стабильная огнезащитная эффективность и физические свойства: Равномерная дисперсия обеспечивает синергетический, эффективный и стабильный барьерный эффект огнезащитных компонентов при пожаре, избегая при этом локального ухудшения характеристик, вызванного агломерацией наполнителя.
·Улучшенная реология обработки: хорошее смачивание частиц, меньшая агломерация, может значительно снизить вязкость расплава композитного материала, увеличить количество наполнения и текучесть при обработке.
Технология мокрого измельчения систематически решает проблему проникновения и диспергированиягидроксид алюминияв матрице смолы за счет тройного синергетического эффекта физического дробления, химической модификации и стабилизации дисперсии. Он термодинамически снижает межфазную энергию и обеспечивает кинетическую дисперсную движущую силу и механизм стабильности, тем самым обеспечивая тесную связь между наполнителем и матрицей на наноуровне. Это не только технологическая инновация, но и углубленное применение теории коллоидов и интерфейсов, обеспечивающее ключевой технологический путь для разработки следующего поколения высокопроизводительных, высоконаполненных и функционализированных полимерных композиционных материалов.
