Гидроксид алюминия (АТН), как наиболее широко используемый безгалогеновый огнезащитный наполнитель в эпоксидных смолах, резине, композитных материалах и материалах для электронных уплотнений, имеет множество преимуществ, таких как огнестойкость, подавление дыма, наполнение, изоляция и контролируемая стоимость. Это незаменимый функциональный компонент в глобальной системе высококачественных материалов. Однако при практическом применении немодифицированный гидроксид алюминия имеет плохую совместимость с матрицами органических полимеров, слабую межфазную связь, легкую агломерацию из-за высокого наполнения и значительно сниженные механические свойства системы, что долгое время ограничивало стабильность продукта и конкурентоспособность на международном рынке.
Обработка поверхности является основным технологическим путем решения вышеуказанных проблем, а также наиболее эффективным средством улучшения диспергируемости, смачиваемости, совместимости, механической прочности, термостойкости и долгосрочной надежности гидроксида алюминия в полимерных системах, таких как эпоксидная смола.
Поверхность немодифицированного гидроксида алюминия богата гидроксильными группами (-ОН), демонстрируя сильную полярность и высокие характеристики поверхностной энергии. Он имеет естественные барьеры на границе раздела с органическими матрицами низкой полярности, такими как эпоксидные смолы и эластомеры, которые в основном проявляются как:
1. Плохая совместимость интерфейсов, легкая агломерация наполнителей и трудности с равномерным диспергированием;
2. Смола не может полностью смачивать поверхность наполнителя, образуя межфазные пустоты и дефекты;
3. Под действием внешней силы может произойти отслоение границы раздела, что приводит к растрескиванию материала и хрупкому разрушению;
4. Вязкость системы высокого наполнения резко увеличивается, а сыпучесть обработки значительно ухудшается;
5. Прочность на растяжение, прочность на изгиб и ударная вязкость уменьшаются синхронно, что не может удовлетворить требования высокотехнологичных приложений.
Эти проблемы напрямую приводят к неспособности продукции пройти международные сертификаты, такие как UL, IEC, RoHS и т. д., а также являются ключевыми причинами, по которым обычному гидроксиду алюминия трудно войти в глобальную цепочку поставок высокого класса.
Суть обработки поверхности гидроксида алюминия заключается в разработке интерфейса, которая обеспечивает три основные функции путем создания слоя органического покрытия на молекулярном уровне на поверхности неорганических частиц:
1. Уменьшите поверхностную энергию, минимизируйте самоагрегацию между частицами и улучшите однородность дисперсии;
2. Согласование полярности меняет гидрофильность наполнителя на олеофильность, делая его более совместимым с органической матрицей;
3. Соединение мостиков, образующее химические связи между наполнителями и смолами для передачи напряжений и повышения механической прочности.
Проще говоря, обработка поверхности превращает гидроксид алюминия из «простого наполнения» в «эффективную синергию» и из «разрушающего действия» в «повышенную эффективность».
В настоящее время высокого классагидроксид алюминияв продуктах по всему миру обычно используются специальные или комплексные средства для обработки поверхности. Различные системы демонстрируют значительные различия в улучшении совместимости, механических усовершенствованиях и текучести при обработке. Ниже приведены наиболее зрелые и стабильные технические маршруты в отрасли.
Силановый связующий агент является наиболее эффективным и широко используемым методом обработки для улучшения совместимости между гидроксидом алюминия и эпоксидной смолой, особенно подходящим для высокотехнологичных областей, таких как электронная герметизация, литьевые изделия и ламинаты с медным покрытием.
Механизм действия:
-Один конец молекулы силана образует стабильную ковалентную связь с гидроксильной группой на поверхности АТН;
-Другой конец содержит функциональные группы, такие как эпоксидные, амино- и виниловые группы, которые могут непосредственно участвовать в реакции отверждения эпоксидной смолы;
-Образуйте прочный «молекулярный мостик» на границе раздела, значительно улучшая межфазную адгезию.
Эффект улучшения:
-Улучшить совместимость и дисперсность более чем на 50%;
-Увеличение прочности на растяжение и изгиб на 20%-40%;
-Значительное улучшение ударной вязкости без растрескивания или хрупкого разрушения;
-При высоком наполнении вязкость ниже, а текучесть более стабильна.
Агенты для обработки на основе эфиров титана и алюминия подходят для систем композитных материалов, которые требуют больших количеств добавок, низкой вязкости и сильной смачиваемости, и могут значительно улучшить межфазную смазывающую способность и текучесть при обработке.
Механизм действия:
-Одномолекулярное покрытие снижает трение между частицами;
-Длинноцепочечная структура переплетается со смоляной матрицей для улучшения совместимости;
-Не образует жесткого интерфейса, балансируя между прочностью и технологичностью.
Эффект улучшения:
-Вязкость системы значительно снизилась, что позволяет достичь более высоких уровней наполнения;
-Равномерно распределены, без агрегации и разделения;
-Поверхность материала становится более гладкой, а внешний вид и технологичность значительно оптимизированы.
Обработка гиперразветвленными полимерными композитами стала новой основной технологией для лучших в мире материалов, требующих высокой огнестойкости, высокого CTI, высокой изоляции и высокой надежности.
Механизм действия:
-Многоразветвленная структура обеспечивает пространственные препятствия, полностью предотвращая агрегацию частиц;
-Высокая плотность функциональных групп, более прочное и стабильное соединение интерфейсов;
-Низкое поглощение влаги и низкий диэлектрик, подходят для высококлассных электронных устройств.
Эффект улучшения:
-Интерфейс не выходит из строя в длительной влажной и жаркой среде;
-Значительное улучшение характеристик изоляции и устойчивости к напряжению;
-Достичь оптимального баланса между механическими свойствами и огнестойкостью.
Обработка поверхности – это не просто «смешивание и перемешивание», только точный контроль условий процесса может максимизировать эффект модификации.
1. Точный контроль количества добавляемого обрабатывающего средства.
Недостаточное количество средства для обработки → неполное покрытие;
Избыток обрабатывающего средства → появление свободного слоя на границе раздела, снижающего прочность отверждения и термостойкость.
Оптимальное количество добавки: 0,5%-2,0% от массы гидроксида алюминия.
2. Температура и время активации.
Различные средства обработки соответствуют разным температурам активации, чтобы обеспечить полное образование химических связей, а не физическую адсорбцию.
-Силановый связующий агент: 100 ℃-150 ℃, 60-120 минут;
-Титанат/алюминат: 80℃-120℃, 30-60 минут.
3. Высокая равномерная дисперсия
Внедрение процессов высокоскоростного смешивания, сухого нанесения покрытия и динамического измельчения для обеспечения равномерного покрытия каждой частицы гидроксида алюминия и предотвращения локальной агломерации.
4. Контроль низкого содержания влаги
Строго контролируйте содержание влаги после обработки, чтобы избежать таких проблем, как отверждение, вспенивание и ухудшение изоляции эпоксидной смолы, в соответствии с международными стандартами электронного качества.
После профессиональной обработки поверхности,гидроксид алюминияможно добиться комплексного повышения производительности за счет добавления эпоксидной смолы:
1. Значительное улучшение совместимости: отсутствие расслоения, оседания, агломерации, высокое наполнение сохраняет равномерную стабильность;
2. Значительное улучшение механических свойств: комплексное улучшение прочности на растяжение, изгиб и ударную вязкость, что делает его менее склонным к растрескиванию;
3. Более прочное межфазное соединение: более высокое сохранение характеристик после влажного теплового старения и термического удара;
4. Лучшая текучесть обработки: более низкая вязкость, подходит для автоматизированных процессов герметизации, заливки и формования;
5. Улучшение изоляции и надежности: уменьшены пустоты в интерфейсе, сопротивление напряжению, значение CTI и долговременная стабильность соответствуют международным высоким требованиям;
6. Более высокая огнезащитная эффективность: равномерная дисперсия заставляет ATH подвергаться более синхронному термическому разложению, что приводит к более стабильному огнезащитному эффекту и эффекту подавления дыма.
Обработка поверхности гидроксидом алюминия является основной технологией улучшения совместимости наполнителей, прочности межфазного соединения, механических свойств системы, текучести при обработке и долгосрочной надежности. Благодаря научным модификациям, таким как силан, титанат и сверхразветвленные полимеры, барьер на границе раздела между неорганическими наполнителями и органическими матрицами может быть фундаментально решен, что делает реальностью высоконаполняющие, высокопроизводительные, безгалогенные и экологически чистые системы эпоксидных смол.
На современном глобальном рынке высококачественных материалов, который становится все более конкурентным, продукты из гидроксида алюминия со стабильными, эффективными и стандартизированными технологиями обработки поверхности являются не только ключом к обновлению формул, но и важной поддержкой для предприятий в открытии международных рынков, достижении прорывов в качестве и установлении долгосрочной конкурентоспособности.
