Hidróxido de aluminio (ATH)es el relleno retardante de llama ecológico más utilizado en materiales poliméricos, y su rendimiento de procesamiento afecta directamente la eficiencia de preparación y el rendimiento final de los materiales compuestos. Este artículo analiza sistemáticamente las diferencias entre el ATH ordinario y el ATH de baja viscosidad en las propiedades de la superficie, el comportamiento reológico, el mecanismo de dispersión y la adaptabilidad del procesamiento desde la perspectiva de la ciencia de los materiales, proporcionando una base teórica para la selección en aplicaciones industriales.
El ATH ordinario generalmente se produce mediante el proceso Bayer, con una amplia distribución del tamaño de partículas (1-25 μm), alta energía superficial (alrededor de 70-100 mJ/m²) y características de polaridad obvias. Su estructura cristalina está compuesta principalmente de α-Al(OH)₃, y la densidad de hidroxilo superficial puede alcanzar 4-8 OH/nm². Estos sitios activos son propensos a formar redes de enlaces de hidrógeno, lo que conduce a interacciones intermoleculares mejoradas.
El ATH de baja viscosidad se prepara mediante modificación de la superficie o procesos de cristalización especiales, y la energía superficial se puede reducir a 30-50 mJ/m². Las tecnologías clave incluyen:
·Recubrimiento de superficie de silano orgánico/ácido graso (la tasa de cobertura puede alcanzar más del 85%)
·Control del crecimiento de cristales para formar una forma más regular.
·Esterificación parcial de grupos hidroxilo de superficie (tasa de modificación generalmente >60%)
A altas velocidades de cizallamiento (1000 s ⁻¹), la viscosidad de la masa fundida del sistema de llenado de ATH de baja viscosidad (60% de cantidad de llenado) se puede reducir en un 40-60% en comparación con el ATH ordinario. Esta diferencia surge de:
·El coeficiente de fricción entre partículas disminuye (de 0,35 a 0,15-0,20)
·Combinando diferencias en el contenido de agua (ATH de baja viscosidad típicamente <0,2%)
El sistema de suspensión ATH ordinario exhibe un límite elástico significativo (generalmente> 50 Pa), mientras que el ATH modificado de baja viscosidad puede reducir el límite elástico a menos de 10 Pa, lo que mejora significativamente el rendimiento de inicio del flujo en la etapa inicial de procesamiento.
La dispersión de lo ordinario.ATHen la masa fundida de polímero sigue el modelo de aglomeración, fragmentación y disociación, lo que requiere un alto esfuerzo cortante (>10⁵Pa) para lograr una dispersión efectiva. Los experimentos han demostrado que la energía necesaria para una dispersión completa es 2-3 veces mayor que la del ATH de baja viscosidad.
El ATH de baja viscosidad reduce la energía superficial, acorta el tiempo de infiltración en un 60-70% y el proceso de dispersión está más en línea con el mecanismo de deslizamiento interfacial. En las mismas condiciones de cizallamiento, el tiempo necesario para alcanzar el mismo nivel de dispersión se reduce en más del 40%.
Durante el proceso de extrusión de doble tornillo, el sistema de llenado ATH de baja viscosidad presenta:
·La presión de la cabeza se redujo en un 25-35%
·Reducir el torque en un 20-30%
·La cantidad máxima de llenado se puede aumentar entre 15 y 20 puntos porcentuales
El ATH de baja viscosidad tiene importantes ventajas en la etapa de llenado rápido:
·Aumentar la longitud del flujo en un 30-50%
·Aumentar la resistencia de la línea de soldadura en un 20-25%
·Anisotropía reducida del producto (la diferencia en la tasa de contracción disminuyó del 1,2% al 0,4%)
En sistemas a base de solventes, el ATH de baja viscosidad puede preparar lechadas con mayor contenido de sólidos (hasta 75-80%) manteniendo al mismo tiempo la viscosidad de construcción adecuada.
Cabe señalar que la optimización del rendimiento del procesamiento puede generar otros cambios en el rendimiento:
Rendimiento retardante de llama: el ATH de baja viscosidad puede retrasar la temperatura de inicio de la descomposición del ATH debido a la presencia de un recubrimiento superficial (generalmente aumentado entre 10 y 20 ℃), pero el impacto se puede minimizar optimizando la tasa de recubrimiento (se recomienda controlar entre un 5 y un 8%).
Propiedades mecánicas: La disminución moderada en la fuerza de unión interfacial puede compensarse mediante la combinación de agentes de acoplamiento. Los estudios han demostrado que el uso de agentes de acoplamiento mixtos (silano+titanato) puede restaurar la resistencia a la tracción a más del 95% de la de los sistemas ATH ordinarios.
Baja viscosidadATHha logrado una mejora significativa en el rendimiento del procesamiento a través de la ingeniería de superficies, especialmente en la reducción de la viscosidad y la mejora de la eficiencia de la dispersión a altas velocidades de cizallamiento. La selección de ATH debe evaluarse sistemáticamente en función de las condiciones de procesamiento específicas, los requisitos de llenado y los requisitos de rendimiento final. Para escenarios de aplicación que buscan un procesamiento eficiente y un alto nivel de llenado, las ventajas técnicas del ATH de baja viscosidad son obvias; En aplicaciones convencionales, el ATH ordinario todavía tiene ventajas de rentabilidad. Las investigaciones futuras deberían centrarse en el diseño de superficies multifuncionales para lograr un mejor equilibrio entre el rendimiento del procesamiento y el rendimiento final.
