提高氫氧化鋁阻燃劑熱穩定性的方法

1 氫氧化鋁阻燃劑的特點

作為阻燃劑的氫氧化鋁主要是α-氫氧化鋁，常以α-A1(OH)₃表示，屬單斜晶系，結晶或無定形的白色粉末。氫氧化鋁受熱分解成A1₂O₃和H₂O，在240~500℃范圍內測得的吸熱量為1967.2kJ/kg，分解過程吸收熱量是其具有阻燃作用的最主要原因。

在所有的阻燃劑中，氫氧化鋁用量占到了40%以上，主要是氫氧化鋁阻燃劑具有下述優點：具有阻燃、消煙、填充性能，不產生二次污染；白度高，對著色劑的遮蓋性??；具有適度的耐磨性，成型加工性能良好；能與多種其他物質產生阻燃協同效應；來源豐富，價格低廉。                                   

氫氧化鋁作為阻燃劑，具有許多優異的特性，同時也存在一些不足，主要為：（1）阻燃效率較差，添加量大；（2）極性及親水性強，同非極性聚合物材料間相容性差；（3）脫水溫度較低，在200～320℃范圍內完成主要脫水反應，許多熱塑性塑料和高溫橡膠密煉和成型加工溫度都超過220℃，因此若在加工過程中添加氫氧化鋁會脫水形成氣泡，影響制品的力學性能。氫氧化鋁熱穩定性差一直是其在高溫橡塑材料中使用受限的主要原因，這也是近幾年阻燃材料研究領域所關注的熱點之一。

2提高氫氧化鋁熱穩定性的方法

氫氧化鋁熱穩定較差是其作為阻燃劑的不足之一，提高氫氧化鋁熱穩定的方法主要有如下四種。

2.1 表面包覆

表面包覆后可以在氫氧化鋁表面形成包覆層，一定程度上提高氫氧化鋁的熱穩定性。氫氧化鋁被包覆后，受熱分解時水蒸氣擴散速率減小，可能會延遲分解反應。由于包覆層對傳質的阻礙，氫氧化鋁內核表面的水分子濃度提高，即氫氧化鋁分解反應的平衡水蒸氣分壓增大，分解溫度相應提高。

氫氧化鋁表面包覆指采用含P、N、Ti、Zr、Si、Mg、Ca等元素的某些物質作為改性劑，在一定體系中與氫氧化鋁發生反應（物理反應或化學反應）、或與體系中某些物質反應在氫氧化鋁表面形成包覆層。

王建立等以新生成的濕氫氧化鋁為核材，采用特殊工藝，使氫氧化鎂以非均相成核方式均勻地沉積在氫氧化鋁表面，形成氫氧化鎂包覆氧氧化鋁的核-殼結構。制備的鋁鎂復合阻燃劑，初始熱分解溫度可提高到260℃，阻燃性能得到進一步提高，填充有機高聚物后其氧指數可達到33，達到了難燃級。產品填充有機高聚物后，各主要力學性能指標均優于標準要求值。周向陽等采用復合改性劑PNC濕法包覆處理氫氧化鋁后，氫氧化鋁初始失水溫度提高21℃，同時改善了粉體的分散性。無機-有機多層包覆改性或者有機-有機多層包覆改性是一種綜合表面改性處理方式，不僅可以改善氫氧化鋁表面性能，同時可以顯著提高氫氧化鋁熱穩定性。

氫氧化鋁表面包覆處理工藝簡單，處理成本低，不足之處是提高氫氧化鋁分解溫度幅度有限。

2.2 化學復合處理

氫氧化鋁化學復合處理指在一定條件下與其他物質化學復合生成新物質的方法，這是提高氫氧化鋁分解溫度的有效方法。氫氧化鋁與草酸反應可生成堿性草酸鋁，堿性草酸鋁在330℃以下有較好的熱穩定性，超過450℃時分解，其阻燃性能與氫氧化鋁相似，由于提高了熱穩定性，可用于尼龍、PBT、PET等聚合物。磷酸與氫氧化鋁反應生成五價磷酸鋁，溫度超過350℃時仍具有較好的熱穩定性。磷酸鋁對含氧的聚合物如熱塑性聚酯、PBT、PET及聚酰胺等，具有很好的阻燃效果，且添加量小，只需15%~20%就可使氧指數達到40%以上。氫氧化鋁化學復合可以顯著提高氫氧化鋁的熱穩定性，只是通過化學復合后產品的成本提高，同時一些化學復合的方法大規模應用有一定的難度。

2.3 高純化處理

高純化是指提高氫氧化鋁的純度，降低氫氧化鋁中離子不溶物特別是Na₂O的含量，使Na₂O質量分數低于0.2%。日本輕金屬推出的高純氫氧化鋁，氫氧化鋁含量大于99.9%。美國Alcoa公司開發的低堿含量氫氧化鋁，其總Na₂O含量僅為常規產品的1/10，作為阻燃絕緣材料很有發展前途。Solem公司的耐熱性氫氧化鋁，產品Na₂O含量低，超微細化，比表面積大，電氣性能優異，可在290℃下使用。氫氧化鋁高純化可以顯著提高氫氧化鋁的分解溫度，增強了阻燃劑的某些特殊性能，不過該方法產品制備難度大，成本高，應用規模有限。

2.4 部分脫水處理

氫氧化鋁受熱后脫除部分化合水，化合水表觀分子數降低，部分氫氧化鋁由三水鋁石型轉變為勃姆石型結構，提高了氫氧化鋁的熱穩定性。Neil brown和MichaelAggleton等將氫氧化鋁部分脫水后，再用有機物改性處理，所得產品熱穩定性高，不吸濕，與高分子材料相容性好。這種方法脫去了氫氧化鋁結構中部分結晶水，會在一定程度上降低其阻燃性能。

3 結論

氫氧化鋁是一種綜合性能優良的阻燃劑，熱穩定較差是其不足之一。提高氫氧化鋁熱穩定性的方法有，表面包覆、化學復合處理、高純化處理和部分脫水等方法。表面包覆研究最多，表面包覆工藝設置靈活，可以與現有的氫氧化鋁阻燃劑制備工藝相結合，還可以作為單獨的工藝存在。這種方法沒有改變氫氧化鋁阻燃劑的晶體結構，僅在其表面增加包覆層，可以在一定程度上提高氫氧化鋁的穩定性?；瘜W復合處理徹底改變氫氧化鋁的晶體結構，有效提高了氫氧化鋁的熱穩定性，處理成本相對較高。低成本化學復合提高氫氧化鋁熱穩定性是需要加強研究的方向。（本文轉載自公眾號勃姆石技術圈，感謝授權轉載，未經原公眾號授權，不得引用轉載）

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