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行业资讯

提高氢氧化铝阻燃剂热稳定性的方法

2021-12-06 点击数:283

氢氧化铝阻燃剂的特点

作为阻燃剂的氢氧化铝主要是α-氢氧化铝,常以α-A1(OH)3表示,属单斜晶系,结晶或无定形的白色粉末。氢氧化铝受热分解成A12O3H2O,在240~500范围内测得的吸热量为1967.2kJ/kg,分解过程吸收热量是其具有阻燃作用的最主要原因。

在所有的阻燃剂中,氢氧化铝用量占到了40%以上,主要是氢氧化铝阻燃剂具有下述优点:具有阻燃、消烟、填充性能,不产生二次污染;白度高,对着色剂的遮盖性小;具有适度的耐磨性,成型加工性能良好;能与多种其他物质产生阻燃协同效应;来源丰富,价格低廉。                                   

氢氧化铝作为阻燃剂,具有许多优异的特性,同时也存在一些不足,主要为:(1)阻燃效率较差,添加量大;(2)极性及亲水性强,同非极性聚合物材料间相容性差;(3)脱水温度较低,在200320范围内完成主要脱水反应,许多热塑性塑料和高温橡胶密炼和成型加工温度都超过220,因此若在加工过程中添加氢氧化铝会脱水形成气泡,影响制品的力学性能。氢氧化铝热稳定性差一直是其在高温橡塑材料中使用受限的主要原因,这也是近几年阻燃材料研究领域所关注的热点之一。

 

2提高氢氧化铝热稳定性的方法

氢氧化铝热稳定较差是其作为阻燃剂的不足之一,提高氢氧化铝热稳定的方法主要有如下四种。

2.1 表面包覆

表面包覆后可以在氢氧化铝表面形成包覆层,一定程度上提高氢氧化铝的热稳定性。氢氧化铝被包覆后,受热分解时水蒸气扩散速率减小,可能会延迟分解反应。由于包覆层对传质的阻碍,氢氧化铝内核表面的水分子浓度提高,即氢氧化铝分解反应的平衡水蒸气分压增大,分解温度相应提高。

氢氧化铝表面包覆指采用含PNTiZrSiMgCa等元素的某些物质作为改性剂,在一定体系中与氢氧化铝发生反应(物理反应或化学反应)、或与体系中某些物质反应在氢氧化铝表面形成包覆层。

王建立等以新生成的湿氢氧化铝为核材,采用特殊工艺,使氢氧化镁以非均相成核方式均匀地沉积在氢氧化铝表面,形成氢氧化镁包覆氧氧化铝的核-壳结构。制备的铝镁复合阻燃剂,初始热分解温度可提高到260,阻燃性能得到进一步提高,填充有机高聚物后其氧指数可达到33,达到了难燃级。产品填充有机高聚物后,各主要力学性能指标均优于标准要求值。周向阳等采用复合改性剂PNC湿法包覆处理氢氧化铝后,氢氧化铝初始失水温度提高21℃,同时改善了粉体的分散性。无机-有机多层包覆改性或者有机-有机多层包覆改性是一种综合表面改性处理方式,不仅可以改善氢氧化铝表面性能,同时可以显著提高氢氧化铝热稳定性。

氢氧化铝表面包覆处理工艺简单,处理成本低,不足之处是提高氢氧化铝分解温度幅度有限。

2.2 化学复合处理

氢氧化铝化学复合处理指在一定条件下与其他物质化学复合生成新物质的方法,这是提高氢氧化铝分解温度的有效方法。氢氧化铝与草酸反应可生成碱性草酸铝,碱性草酸铝在330以下有较好的热稳定性,超过450时分解,其阻燃性能与氢氧化铝相似,由于提高了热稳定性,可用于尼龙、PBTPET等聚合物。磷酸与氢氧化铝反应生成五价磷酸铝,温度超过350时仍具有较好的热稳定性。磷酸铝对含氧的聚合物如热塑性聚酯、PBTPET及聚酰胺等,具有很好的阻燃效果,且添加量小,只需15%~20%就可使氧指数达到40%以上。氢氧化铝化学复合可以显著提高氢氧化铝的热稳定性,只是通过化学复合后产品的成本提高,同时一些化学复合的方法大规模应用有一定的难度。

2.3 高纯化处理

高纯化是指提高氢氧化铝的纯度,降低氢氧化铝中离子不溶物特别是Na2O的含量,使Na2O质量分数低于0.2%。日本轻金属推出的高纯氢氧化铝,氢氧化铝含量大于99.9%。美国Alcoa公司开发的低碱含量氢氧化铝,其总Na2O含量仅为常规产品的1/10,作为阻燃绝缘材料很有发展前途。Solem公司的耐热性氢氧化铝,产品Na2O含量低,超微细化,比表面积大,电气性能优异,可在290下使用。氢氧化铝高纯化可以显著提高氢氧化铝的分解温度,增强了阻燃剂的某些特殊性能,不过该方法产品制备难度大,成本高,应用规模有限

2.4 部分脱水处理

氢氧化铝受热后脱除部分化合水,化合水表观分子数降低,部分氢氧化铝由三水铝石型转变为勃姆石型结构,提高了氢氧化铝的热稳定性。Neil brownMichaelAggleton等将氢氧化铝部分脱水后,再用有机物改性处理,所得产品热稳定性高,不吸湿,与高分子材料相容性好。这种方法脱去了氢氧化铝结构中部分结晶水,会在一定程度上降低其阻燃性能。

 

结论

氢氧化铝是一种综合性能优良的阻燃剂,热稳定较差是其不足之一。提高氢氧化铝热稳定性的方法有,表面包覆、化学复合处理、高纯化处理和部分脱水等方法。表面包覆研究最多,表面包覆工艺设置灵活,可以与现有的氢氧化铝阻燃剂制备工艺相结合,还可以作为单独的工艺存在。这种方法没有改变氢氧化铝阻燃剂的晶体结构,仅在其表面增加包覆层,可以在一定程度上提高氢氧化铝的稳定性。化学复合处理彻底改变氢氧化铝的晶体结构,有效提高了氢氧化铝的热稳定性,处理成本相对较高。低成本化学复合提高氢氧化铝热稳定性是需要加强研究的方向。(本文转载自公众号勃姆石技术圈,感谢授权转载,未经原公众号授权,不得引用转载)

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