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怎么提高氫氧化鋁的熱穩定性?
2021年04月12日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:289
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生活中隨處可見的大量有機高分子材料,其實大多是引起火災的隱患。而為了避免這一可能性,就需要對這些易燃的高分子材料進行阻燃處理。

 

對于高分子材料來說,添加阻燃劑是最有效的阻燃處理方式之一。其中氫氧化鋁粉體原料來源廣泛、價格低廉,還具有阻燃、消煙、填充等多重功能,能與磷等多種物質產生協同阻燃效應,是電子、化工、電纜、塑料、橡膠等行業中最重要的環保型阻燃劑之一。其阻燃原理如下:

①吸熱作用。火災時可脫水吸熱,抑制聚合物的溫升;

②稀釋作用。Al(OH)3填充,使可燃性高聚物的濃度下降。Al(OH)3脫水放出的水汽稀釋可燃性氣體和氧氣的濃度,可阻止燃燒;

③覆蓋作用。Al(OH)3脫水后在可燃物表面生成Al2O3保護膜,隔絕氧氣,可阻止繼續燃燒;

④碳化作用。阻燃劑在燃燒條件下產生強烈脫水性物質,使塑料碳化而不易產生可燃性揮發物,從而阻止火焰蔓延。

另外,氫氧化鋁應用于塑料還可以提高材料的抗紫外線能力、介電性能及耐電弧性等特性,以及改善材料成型收縮的可控性,可謂是有機材料界的“十全大補丸”。就這么看上去氫氧化鋁似乎已經無敵了,可以在高分子界橫著走了?實則不然。

氫氧化鋁

事實上,由于氫氧化鋁的分解溫度較低(180~200℃就開始分解),在與有機高分子材料混煉加工時易受熱分解產生氣泡,影響制品的機械性能和外觀等,因此用作阻燃劑時通常只適合應用在加工溫度較低的材料中,限制了氫氧化鋁的使用范圍。另外,加工溫度低還會影響擠塑設備的生產效率及制品的表面光滑度。

因此,為了改善氫氧化鋁阻燃劑與有機高分子材料問的加工性能,人們研究開發了許多方法來提高氫氧化鋁的熱穩定性,主要可分為偶聯劑改性、水熱轉相、表面部分脫水、高純化和超細化以及表面包覆改性等。

1.偶聯劑改性

采用硅烷或鈦酸酯偶聯劑對氫氧化鋁表面進行改性,當偶聯劑的用量較高時,可以提高氫氧化鋁的熱穩定性,但由于偶聯劑價格昂貴,此工藝生產成本高,而且改性后產品的熱穩定性增加不顯著。

2.水熱轉相

與三水鋁石型氫氧化鋁相比,一水軟鋁石具有較高的分解溫度,因此通過水熱處理,使氫氧化鋁轉變為一水軟鋁石可以大幅度地提高氧化鋁水合物的熱穩定性。馬淑花等將制備的超細氫氧化鋁在水熱環境下進行化學改性,使大部分氫氧化鋁轉化為一水軟鋁石,改性后物質的初始熱分解溫度可達到340℃,但水熱反應對設備要求高,而且一水軟鋁石分解吸熱值遠小于三水鋁石分解熱,從而降低了氫氧化鋁的阻燃性能。

3.表面部分脫水

N.Brown等發明了一種提高氫氧化鋁熱穩定性的專利技術,通過將氫氧化鋁進行加熱處理,使氫氧化鋁表面受熱后脫除部分結合水,熱處理后氧化鋁水合物的結合水表觀分子數由3降低到1.8~2.9,使部分氧化鋁水合物由三水鋁石型轉變為勃姆石型結構,從而提高氫氧化鋁的熱穩定性。經此法處理的氫氧化鋁可用作需承受較高加工溫度的印刷電路板阻燃劑。

不過通過加熱使氫氧化鋁表面部分三水鋁石脫水轉變為一水軟鋁石,雖可提高氫氧化鋁的熱穩定性,但在生產過程中脫水程度不易控制,另外氫氧化鋁脫除部分結晶水后,其阻燃性能也有所下降,吸油率也會升高。

4.高純化和超細化

氫氧化鋁的超微細化與高純化,即通過超微細化增加氫氧化鋁的表面積,增強阻燃效果,同時提高材料制品的力學和耐熱性能;高純化特別是降低粉體中氧化鈉等雜質的含量,同樣可提高阻燃劑的熱穩定性,研究表明:將Al(OH)3中的Na2O雜質含量降低到0.2%(質量分數)以下,其初始熱分解溫度可提高至240℃左右。不過,超細化及高純化雖然可以有效提高產品的熱穩定性,但利用鋁酸鈉溶液分解工藝生產低鈉超細氫氧化鋁難度大,工藝復雜,并將大大增加產品的生產成本。

5.表面包覆改性

對氫氧化鋁表面包覆改性處理,使其表面覆蓋一層或多層熱穩定性較好的化合物,也可有效地提高氫氧化鋁的初始熱分解溫度。如氫氧化鎂就是一種性能優良、極具發展前景的環境友好型無機阻燃劑,其分解范圍為340~490℃,將兩者復合可以彌補氫氧化鋁分解溫度較低而導致材料加工性能不佳的缺陷,并且可以使復合阻燃劑在材料氧化分解過程中一直具有較好的阻燃效果。氫氧化鎂包覆氫氧化鋁后,在235~455℃范圍內均存在脫水吸熱反應,可在較寬的溫度范圍內抑制高分子材料的燃燒。

資料來源:

超細氫氧化鋁的制備及提高其熱穩定性技術研究,王建立。

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