Idrossido di alluminio (ATH), essendo il riempitivo ritardante di fiamma privo di alogeni più utilizzato in resina epossidica, gomma, materiali compositi e materiali di tenuta elettronici, presenta molteplici vantaggi come ritardante di fiamma, soppressione del fumo, riempimento, isolamento e costi controllabili. È un componente funzionale indispensabile nel sistema globale dei materiali di fascia alta. Tuttavia, nelle applicazioni pratiche, l'idrossido di alluminio non modificato ha una scarsa compatibilità con le matrici polimeriche organiche, un debole legame interfacciale, una facile agglomerazione dovuta all'elevato riempimento e proprietà meccaniche del sistema significativamente ridotte, che hanno a lungo limitato la stabilità del prodotto e la competitività sul mercato internazionale.
Il trattamento superficiale è il percorso tecnologico fondamentale per risolvere i punti critici di cui sopra ed è anche il mezzo più efficace per migliorare la disperdibilità, la bagnabilità, la compatibilità, la resistenza meccanica, la resistenza al calore e l'affidabilità a lungo termine dell'idrossido di alluminio nei sistemi polimerici come la resina epossidica.
La superficie dell'idrossido di alluminio non modificato è ricca di gruppi idrossilici (-OH), che presentano una forte polarità e caratteristiche di elevata energia superficiale. Presenta barriere naturali all'interfaccia con matrici organiche a bassa polarità come resine epossidiche ed elastomeri, manifestate principalmente come:
1. Scarsa compatibilità con le interfacce, facile agglomerazione dei riempitivi e difficoltà nella dispersione uniforme;
2. La resina non riesce a bagnare completamente la superficie del riempitivo, formando vuoti e difetti di interfaccia;
3. Sotto la forza esterna, è probabile che si verifichi il distacco dell'interfaccia, che porta alla fessurazione del materiale e alla frattura fragile;
4. La viscosità del sistema ad alto riempimento aumenta notevolmente e la fluidità della lavorazione si deteriora in modo significativo;
5. La resistenza alla trazione, la resistenza alla flessione e la resistenza all'impatto diminuiscono in modo sincrono, il che non può soddisfare i requisiti delle applicazioni di fascia alta.
Questi problemi portano direttamente all’incapacità dei prodotti di superare certificazioni internazionali come UL, IEC, RoHS, ecc., e sono anche i motivi principali per cui è difficile che il normale idrossido di alluminio entri nella catena di fornitura globale di fascia alta.
L'essenza del trattamento superficiale dell'idrossido di alluminio è l'ingegneria dell'interfaccia, che raggiunge tre funzioni principali costruendo uno strato di rivestimento organico a livello molecolare sulla superficie delle particelle inorganiche:
1. Ridurre l'energia superficiale, minimizzare l'autoaggregazione tra le particelle e migliorare l'uniformità della dispersione;
2. L'adattamento della polarità modifica l'idrofilicità del riempitivo in oleofilicità, rendendolo altamente compatibile con la matrice organica;
3. Collegamento dell'interfaccia, formazione di legami chimici tra riempitivi e resine per trasferire lo stress e migliorare la resistenza meccanica.
In poche parole, il trattamento superficiale trasforma l'idrossido di alluminio da "semplice riempimento" a "sinergia efficace" e da "prestazioni distruttive" a "prestazioni migliorate".
Al momento, di fascia altaidrossido di alluminioi prodotti in tutto il mondo utilizzano generalmente agenti di trattamento superficiale specifici o composti. Sistemi diversi mostrano differenze significative nel miglioramento della compatibilità, nel miglioramento meccanico e nella fluidità della lavorazione. Di seguito sono riportati i percorsi tecnici più maturi e stabili del settore.
L'agente di accoppiamento silanico è il metodo di trattamento più efficace e ampiamente utilizzato per migliorare la compatibilità tra idrossido di alluminio e resina epossidica, particolarmente adatto per campi di fascia alta come sigillatura elettronica, materiali fondibili e laminati rivestiti in rame.
Meccanismo d'azione:
-Un'estremità della molecola di silano forma un legame covalente stabile con il gruppo ossidrile sulla superficie dell'ATH;
-L'altra estremità contiene gruppi funzionali come gruppi epossidici, amminici e vinilici, che possono partecipare direttamente alla reazione di indurimento della resina epossidica;
-Forma un forte "ponte molecolare" all'interfaccia, migliorando notevolmente l'adesione interfacciale.
Effetto di miglioramento:
-Migliorare la compatibilità e la disperdibilità di oltre il 50%;
-Aumentare la resistenza alla trazione e alla flessione del 20% -40%;
-Miglioramento significativo della resistenza agli urti, senza fessurazioni o fratture fragili;
-In condizioni di riempimento elevato, la viscosità è inferiore e la fluidità è più stabile.
Gli agenti di trattamento esteri di titanio e alluminio sono adatti per sistemi di materiali compositi che richiedono elevate quantità di aggiunte, bassa viscosità e forte bagnabilità e possono migliorare significativamente la lubrificazione interfacciale e la fluidità della lavorazione.
Meccanismo d'azione:
-Il rivestimento a strato molecolare singolo riduce l'attrito tra le particelle;
-La struttura a catena lunga si intreccia con la matrice resinosa per migliorare la compatibilità;
-Non forma un'interfaccia rigida, bilanciando tenacità e lavorabilità.
Effetto di miglioramento:
-La viscosità del sistema è notevolmente diminuita, consentendo di raggiungere livelli di riempimento più elevati;
-Disperso uniformemente, senza aggregazione o separazione;
-La superficie del materiale è più liscia e l'aspetto e la lavorabilità sono notevolmente ottimizzati.
Il trattamento dei compositi polimerici iperramificati è diventato la nuova tecnologia mainstream per i migliori materiali al mondo che richiedono un elevato ritardo di fiamma, un elevato CTI, un elevato isolamento e un'elevata affidabilità.
Meccanismo d'azione:
-La struttura multi ramificata fornisce ostacolo spaziale, impedendo completamente l'aggregazione delle particelle;
-Elevata densità di gruppi funzionali, legame di interfaccia più forte e più stabile;
-Basso assorbimento di umidità e basso dielettrico, adatto per dispositivi elettronici di fascia alta.
Effetto di miglioramento:
-L'interfaccia non fallisce in ambienti umidi e caldi a lungo termine;
-Miglioramento significativo delle prestazioni di isolamento e della resistenza alla tensione;
-Raggiungere l'equilibrio ottimale tra proprietà meccaniche e ritardante di fiamma.
Il trattamento superficiale non è semplicemente "miscelazione e agitazione", solo un controllo preciso delle condizioni del processo può massimizzare l'effetto della modifica.
1. Controllo preciso della quantità di agente di trattamento aggiunto
Agente di trattamento insufficiente → rivestimento incompleto;
Agente di trattamento eccessivo → comparsa di uno strato libero sull'interfaccia, che riduce la forza di polimerizzazione e la resistenza al calore.
Quantità ottimale di aggiunta: 0,5% -2,0% della massa di idrossido di alluminio.
2. Temperatura e ora di attivazione
Diversi agenti di trattamento corrispondono a diverse temperature di attivazione per garantire la completa formazione di legami chimici anziché l'adsorbimento fisico.
-Agente di accoppiamento silano: 100 ℃ -150 ℃, 60-120 minuti;
-Titanato/Alluminato: 80 ℃ -120 ℃, 30-60 minuti.
3. Dispersione elevata e uniforme
Adozione di processi di miscelazione ad alta velocità, rivestimento a secco e macinazione dinamica per garantire che ciascuna particella di idrossido di alluminio sia rivestita uniformemente e prevenga l'agglomerazione locale.
4. Controllo del basso contenuto di umidità
Controllare rigorosamente il contenuto di umidità dopo la lavorazione per evitare problemi quali l'indurimento, la formazione di schiuma e il degrado dell'isolamento della resina epossidica, in conformità con gli standard internazionali di qualità elettronica.
Dopo il trattamento superficiale professionale,idrossido di alluminiopuò ottenere aggiornamenti prestazionali completi aggiungendo resina epossidica:
1. Miglioramento significativo della compatibilità: nessuna delaminazione, nessun cedimento, nessuna agglomerazione, l'elevato riempimento mantiene comunque una stabilità uniforme;
2. Miglioramento significativo delle proprietà meccaniche: miglioramento completo della resistenza alla trazione, alla flessione e alla resistenza agli urti, rendendolo meno soggetto a fessurazioni;
3. Collegamento dell'interfaccia più forte: maggiore mantenimento delle prestazioni dopo l'invecchiamento dovuto al calore umido e lo shock termico;
4. Migliore fluidità di lavorazione: viscosità inferiore, adatta per processi automatizzati di sigillatura, colata e stampaggio;
5. Miglioramento dell'isolamento e dell'affidabilità: i vuoti nell'interfaccia sono ridotti, la resistenza alla tensione, il valore CTI e la stabilità a lungo termine soddisfano i requisiti internazionali di fascia alta;
6. Maggiore efficienza ritardante di fiamma: la dispersione uniforme fa sì che l'ATH subisca una decomposizione termica più sincrona, con conseguenti effetti ritardanti di fiamma e di soppressione del fumo più stabili.
Il trattamento superficiale dell'idrossido di alluminio è la tecnologia principale per migliorare la compatibilità dei riempitivi, la forza di adesione interfacciale, le proprietà meccaniche del sistema, la fluidità della lavorazione e l'affidabilità a lungo termine. Attraverso modifiche scientifiche come silano, titanato e polimeri iperramificati, la barriera di interfaccia tra riempitivi inorganici e matrici organiche può essere fondamentalmente risolta, trasformando in realtà sistemi di resina epossidica ad alto riempimento, ad alte prestazioni, privi di alogeni e rispettosi dell'ambiente.
Nell'odierno mercato globale dei materiali di fascia alta, sempre più competitivo, i prodotti a base di idrossido di alluminio con tecnologie di trattamento superficiale stabili, efficienti e standardizzate non sono solo la chiave per gli aggiornamenti delle formule, ma anche un importante supporto per le imprese per aprire mercati internazionali, ottenere progressi di qualità e stabilire competitività a lungo termine.
