В областта на полимерните композитни материали приложението наалуминиев хидроксид (ATH)като ефективен безхалогенен забавител на горенето е от решаващо значение. Въпреки това, лошата съвместимост и склонността към агрегиране между ATH и смолистата матрица отдавна ограничават тяхната пълна производителност. Традиционното сухо смесване често води до неравномерно разпръскване и образуване на слаби точки на напрежение. Въвеждането на технологията за мокро смилане осигурява научно и ефективно решение на този проблем.
Мокрото смилане не е прост процес за намаляване на размера на частиците, а съвместно инженерство, което постига рафиниране на частиците, повърхностна модификация и активиране на интерфейса едновременно в течна среда.
Мокрото смилане прилага високочестотни сили на удар, срязване и триене към суспензията чрез смилащи зърна (като цирконий) в течна фаза, където има помощни средства за смилане (като дисперсанти). Тази сила може ефективно да деполимеризира твърдите агрегати на ATH и да причини счупване на оригиналните кристални частици.
· Намаляване на размера на частиците: Стабилизирайте и контролирайте размера на частиците D50 до субмикронно или дори нанометрово ниво. Според класическата теория за инфилтрация на de Gennes, по-малките размери на частиците намаляват капилярното налягане (Δ P ∝ γ/r, където γ е повърхностното напрежение и r е радиусът на порите), необходимо за преодоляване на микропорите и дефектите на повърхността на частиците, напълнени със стопена смола, като по този начин насърчават микроинфилтрацията.
Течнофазната среда на мокрото смилане осигурява идеално място за реакция за "онлайн" модификация на повърхността. По време или след процеса на смилане могат да се добавят повърхностни модификатори (като силанови свързващи агенти, титанатни свързващи агенти, мастни киселини и др.).
· Реакция на присаждане in situ: Вземайки за пример силанови свързващи агенти (като KH-550, KH-560), техните алкокси групи се хидролизират в силанол под катализа на вода и след това претърпяват реакция на кондензация с хидроксилни групи на повърхността на ATH, за да образуват силни ковалентни връзки Si-O-Al. Неговите органични дълги вериги (като амино и епоксидни групи) се простират към матрицата на смолата и могат да участват в реакцията на втвърдяване на смолата или да образуват физическо заплитане.
· Фундаментално подобрение на междуфазната енергия: Модифицираната ATH повърхност се променя от хидрофилна на олеофилна (хидрофобна) и нейната повърхностна свободна енергия (γ _ s) е по-близо до повърхностната свободна енергия (γ _ l) на смолата. Съгласно уравнението за омокряне на Young (γ - sv=γ - sl+γ - lv cos θ), намаляването на контактния ъгъл θ и увеличаването на cos θ показват фундаментално подобрение в способността за омокряне на смолата (разпръскване) към частиците. Значителното намаляване на междуфазното напрежение (γ _stl) е пряката термодинамична движеща сила за подобряване на омокряемостта.
Дисперсантите (като полиелектролити и полимерни повърхностно активни вещества) в суспензиите за мокро смилане поддържат дълготрайна дисперсионна стабилност наATHчастици в течната фаза чрез двоен механизъм на електростатично отблъскване и пространствено препятствие. Това стабилно състояние поставя основата за предварителна дисперсия при последващо смесване със смоли.
·Електростатична стабилност (теория на DLVO): Йонните диспергатори се адсорбират върху повърхността на частиците, образувайки двоен слой. Когато частиците се приближат, те се разпръскват поради електростатично отблъскване.
· Стабилност на пространственото препятствие: Дългите вериги от полимерни дисперсанти образуват адсорбционен слой върху повърхността на частиците. Когато частиците се приближат, припокриващите се адсорбционни слоеве причиняват намаляване на конформационната ентропия на полимерните вериги и повишаване на осмотичното налягане, което води до силна отблъскваща сила.
Тази предварително диспергирана стабилна структура може да бъде максимално запазена по време на процеса на смесване, сушене или втвърдяване на ATH каша и смола, постигайки "перфектен трансфер" в матрицата на смолата.
ATH, обработен чрез технология за мокро смилане, постига дълбока интеграция от макро до микро и от физика до химия в смолата, което в крайна сметка се отразява в цялостното подобряване на свойствата на композитния материал:
· Отлична равномерност на дисперсията: При сканираща електронна микроскопия (SEM), ATH частиците могат да се наблюдават равномерно разпределени в непрекъснатата фаза на смолата в нанометров/субмикронен мащаб, без видими агрегати.
·По-здраво свързване на интерфейса: Модифицираният интерфейс образува ефективен "гъвкав слой" или химическа връзка, позволяваща ефективното предаване на напрежението и значително подобряване на механичната якост (опън, якост на удар) и издръжливостта на материала.
· Стабилна огнеустойчива ефективност и физически свойства: Равномерната дисперсия осигурява синергичния, ефективен и стабилен бариерен ефект на огнезащитните компоненти при пожар, като същевременно се избягва локално влошаване на ефективността, причинено от агломерация на пълнителя.
·Подобрена реология на обработката: Добро овлажняване на частиците, по-малко агломерация, може значително да намали вискозитета на стопилката на композитния материал, да увеличи количеството на пълнене и течливостта на обработка.
Технологията за мокро смилане систематично преодолява проблема с инфилтрацията и дисперсията наалуминиев хидроксидв смолистата матрица чрез тройния синергичен ефект на физическо раздробяване, химическа модификация и стабилизиране на дисперсията. Той термодинамично намалява междинната енергия и осигурява диспергирана движеща сила и механизъм за стабилност кинетично, като по този начин се постига интимна връзка между пълнителя и матрицата в наномащаба. Това е не само технологична иновация, но и задълбочено приложение на научната теория за колоидите и интерфейса, осигуряващо ключов технологичен път за разработването на следващото поколение високопроизводителни, силно запълващи и функционализирани полимерни композитни материали.
