Hydroxyde d'aluminium (ATH), en tant que charge ignifuge sans halogène la plus largement utilisée dans la résine époxy, le caoutchouc, les matériaux composites et les matériaux d'étanchéité électroniques, présente de multiples avantages tels que l'ignifugation, la suppression de la fumée, le remplissage, l'isolation et un coût contrôlable. Il s'agit d'un composant fonctionnel indispensable dans le système mondial de matériaux haut de gamme. Cependant, dans les applications pratiques, l'hydroxyde d'aluminium non modifié présente une faible compatibilité avec les matrices polymères organiques, une faible liaison interfaciale, une agglomération facile en raison d'un remplissage élevé et des propriétés mécaniques considérablement réduites du système, qui ont longtemps limité la stabilité du produit et la compétitivité sur le marché international.
Le traitement de surface est la voie technologique de base pour résoudre les problèmes ci-dessus, et c'est également le moyen le plus efficace pour améliorer la dispersibilité, la mouillabilité, la compatibilité, la résistance mécanique, la résistance à la chaleur et la fiabilité à long terme de l'hydroxyde d'aluminium dans les systèmes polymères tels que la résine époxy.
La surface de l'hydroxyde d'aluminium non modifié est riche en groupes hydroxyles (-OH), présentant une forte polarité et des caractéristiques d'énergie de surface élevées. Il possède des barrières d'interface naturelles avec des matrices organiques de faible polarité telles que les résines époxy et les élastomères, se manifestant principalement par :
1. Mauvaise compatibilité d’interface, agglomération facile des charges et difficulté de dispersion uniforme ;
2. La résine ne peut pas mouiller complètement la surface de la charge, formant des vides et des défauts d'interface ;
3. Sous l'effet d'une force externe, un décollement de l'interface est susceptible de se produire, entraînant des fissures et des fractures fragiles du matériau ;
4. La viscosité du système de remplissage élevé augmente fortement et la fluidité du traitement se détériore considérablement ;
5. La résistance à la traction, la résistance à la flexion et la résistance aux chocs diminuent de manière synchrone, ce qui ne peut pas répondre aux exigences des applications haut de gamme.
Ces problèmes conduisent directement à l'incapacité des produits à passer les certifications internationales telles que UL, CEI, RoHS, etc., et constituent également les principales raisons pour lesquelles l'hydroxyde d'aluminium ordinaire est difficile à intégrer dans la chaîne d'approvisionnement mondiale haut de gamme.
L'essence du traitement de surface de l'hydroxyde d'aluminium est l'ingénierie des interfaces, qui remplit trois fonctions principales en construisant une couche de revêtement organique au niveau moléculaire sur la surface des particules inorganiques :
1. Réduire l'énergie de surface, minimiser l'auto-agrégation entre les particules et améliorer l'uniformité de la dispersion ;
2. La correspondance de polarité change le caractère hydrophile de la charge en oléophile, la rendant hautement compatible avec la matrice organique ;
3. Pontage d'interface, formant des liaisons chimiques entre les charges et les résines pour transférer les contraintes et améliorer la résistance mécanique.
En termes simples, le traitement de surface transforme l'hydroxyde d'aluminium d'un « simple remplissage » à une « synergie efficace », et d'une « performance destructrice » à une « performance améliorée ».
Actuellement, haut de gammehydroxyde d'aluminiumDans le monde entier, les produits utilisent généralement des agents de traitement de surface spécifiques ou composés. Différents systèmes présentent des différences significatives en termes d'amélioration de la compatibilité, d'amélioration mécanique et de fluidité du traitement. Voici les itinéraires techniques les plus matures et les plus stables de l’industrie.
L'agent de couplage silane est la méthode de traitement la plus efficace et la plus largement utilisée pour améliorer la compatibilité entre l'hydroxyde d'aluminium et la résine époxy, particulièrement adaptée aux domaines haut de gamme tels que le scellement électronique, les produits moulables et les stratifiés cuivrés.
Mécanisme d'action :
-Une extrémité de la molécule de silane forme une liaison covalente stable avec le groupe hydroxyle à la surface de l'ATH ;
-L'autre extrémité contient des groupes fonctionnels tels que des groupes époxy, amino et vinyle, qui peuvent directement participer à la réaction de durcissement de la résine époxy ;
-Former un « pont moléculaire » solide à l’interface, améliorant considérablement l’adhésion interfaciale.
Effet d'amélioration :
-Améliorer la compatibilité et la dispersibilité de plus de 50 % ;
-Augmenter la résistance à la traction et à la flexion de 20 à 40 % ;
-Amélioration significative de la résistance aux chocs, sans fissuration ni fracture fragile ;
-Sous remplissage élevé, la viscosité est plus faible et la fluidité est plus stable.
Les agents de traitement à base d'ester de titane et d'aluminium conviennent aux systèmes de matériaux composites qui nécessitent des quantités d'ajout élevées, une faible viscosité et une forte mouillabilité, et peuvent améliorer considérablement le pouvoir lubrifiant interfacial et la fluidité du traitement.
Mécanisme d'action :
-Le revêtement à couche moléculaire unique réduit la friction entre les particules ;
-La structure à longue chaîne s'entrelace avec la matrice de résine pour améliorer la compatibilité ;
-Ne forme pas d'interface rigide, équilibrant la ténacité et la transformabilité.
Effet d'amélioration :
-La viscosité du système a considérablement diminué, permettant d'atteindre des niveaux de remplissage plus élevés ;
-Uniformement dispersé, sans agrégation ni séparation ;
-La surface du matériau est plus lisse, et l'apparence et la transformabilité sont considérablement optimisées.
Le traitement des composites polymères hyperramifiés est devenu la nouvelle technologie grand public pour les meilleurs matériaux au monde qui nécessitent un caractère ignifuge élevé, un CTI élevé, une isolation élevée et une fiabilité élevée.
Mécanisme d'action :
-La structure multi-ramifiée fournit une entrave spatiale, empêchant complètement l'agrégation des particules ;
-Haute densité de groupe fonctionnel, liaison d'interface plus forte et plus stable ;
-Faible absorption d'humidité et faible diélectrique, adapté aux appareils électroniques haut de gamme.
Effet d'amélioration :
-L'interface ne tombe pas en panne dans des environnements humides et chauds à long terme ;
-Amélioration significative des performances d'isolation et de la résistance à la tension ;
-Atteindre l'équilibre optimal entre les propriétés mécaniques et le caractère ignifuge.
Le traitement de surface ne consiste pas simplement à « mélanger et remuer », seul un contrôle précis des conditions du processus peut maximiser l'effet de modification.
1. Contrôle précis de la quantité d'agent de traitement ajouté
Agent de traitement insuffisant → revêtement incomplet ;
Agent de traitement excessif → apparition d'une couche libre à l'interface, réduisant la force de durcissement et la résistance à la chaleur.
Quantité d'ajout optimale : 0,5 % à 2,0 % de la masse d'hydroxyde d'aluminium.
2. Température et durée d'activation
Différents agents de traitement correspondent à différentes températures d'activation pour assurer la formation complète de liaisons chimiques plutôt qu'une adsorption physique.
-Agent de couplage silane : 100 ℃ -150 ℃, 60-120 minutes ;
-Titanate/Aluminate : 80 ℃ -120 ℃, 30-60 minutes.
3. Dispersion uniforme élevée
Adopter des processus de mélange à grande vitesse, de revêtement à sec et de broyage dynamique pour garantir que chaque particule d'hydroxyde d'aluminium est uniformément recouverte et empêcher l'agglomération locale.
4. Contrôle de la faible teneur en humidité
Contrôlez strictement la teneur en humidité après le traitement pour éviter des problèmes tels que le durcissement, le moussage et la dégradation de l'isolation de la résine époxy, conformément aux normes internationales de qualité électronique.
Après un traitement de surface professionnel,hydroxyde d'aluminiumpeut obtenir des améliorations complètes des performances en ajoutant de la résine époxy :
1. Amélioration significative de la compatibilité : pas de délaminage, pas de tassement, pas d'agglomération, un remplissage élevé maintient toujours une stabilité uniforme ;
2. Amélioration significative des propriétés mécaniques : amélioration complète de la résistance à la traction, à la flexion et à la résistance aux chocs, ce qui la rend moins sujette à la fissuration ;
3. Liaison d'interface plus forte : rétention de performances plus élevée après vieillissement par chaleur humide et choc thermique ;
4. Meilleure fluidité de traitement : viscosité plus faible, adaptée aux processus automatisés de scellage, de coulée et de moulage ;
5. Amélioration de l'isolation et de la fiabilité : les vides d'interface sont réduits, la résistance à la tension, la valeur CTI et la stabilité à long terme répondent aux exigences internationales haut de gamme ;
6. Efficacité ignifuge plus élevée : une dispersion uniforme permet à l'ATH de subir une décomposition thermique plus synchrone, ce qui entraîne des effets ignifuges et de suppression de fumée plus stables.
Le traitement de surface de l'hydroxyde d'aluminium est la technologie de base pour améliorer la compatibilité des charges, la force de liaison interfaciale, les propriétés mécaniques du système, la fluidité du traitement et la fiabilité à long terme. Grâce à des modifications scientifiques telles que le silane, le titanate et les polymères hyperramifiés, la barrière d'interface entre les charges inorganiques et les matrices organiques peut être fondamentalement résolue, faisant ainsi des systèmes de résine époxy à haut remplissage, hautes performances, sans halogène et respectueux de l'environnement une réalité.
Sur le marché mondial des matériaux haut de gamme de plus en plus compétitif d'aujourd'hui, les produits à base d'hydroxyde d'aluminium dotés de technologies de traitement de surface stables, efficaces et standardisées sont non seulement la clé de l'amélioration des formules, mais également un soutien important permettant aux entreprises d'ouvrir les marchés internationaux, de réaliser des avancées en matière de qualité et d'établir une compétitivité à long terme.
