阻燃剂氢氧化铝技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、氢氧化铝的粒度超细化

目前，国产阻燃剂氢氧化铝的质量参差不齐，差别在于对材料的物理机械性能影响上，而影响材料物理机械性能最根本的原因是氢氧化铝的粒径大小和粒度分布，粒度越细，材料的抗张强度和抗撕强度越好，氢氧化铝粒度的大小也直接影响阻燃剂的阻燃性能，氢氧化铝粒度与氧指数的关系如下表所示。

氢氧化铝粒度与氧指数的关系

随着氢氧化铝粒度的减小，氧指数迅速上升，当氢氧化铝平均粒径为5μm时，氧指数为28%，若平均粒径小于1μm时，氧指数高达33%，氧指数在26以上时属难燃材料，但高加入量降低了聚合物的加工性能和机械强度，随着添加量的增加，断裂伸长率等指标急剧下降，所以片面追求粒度超细化也是不可取的，为了改善聚合物的加工性能、密度和最终产品的使用性能，还应注意颗粒的级配和控制颗粒的形状，使其在最大的填充量下粒度尽可能小。

蒙西集团公司同北京化工大学合作开发的纳米氢氧化铝阻燃剂，具有颗粒细(粒度<80nm)受热脱水质量损失50%，分解温度达350℃，缓热脱水质量损失高，阻燃抑烟效果好等特点，可用作PVC、PP、PE等工程塑料的阻燃剂。它的产生顺应了国际阻燃剂市场，着重发展低烟雾、低毒性、高效能的发展趋势，纳米氢氧化铝阻燃剂在国内尚属空白产品。虽然通过超重机合成出了接近纳米尺寸的改性ATH，但是其产品可能是一种新物质，其具体的结构及组成还需进一步 研究 。

2、氢氧化铝的表面处理技术及改性方法

氢氧化铝作为无机阻燃剂，虽然有无毒、不挥发、价廉、阻燃、消耗、填充和在燃烧时无2次污染等优点，但是其添加量必须在50%以上时，才能充分显示阻燃效果。例如阻燃电缆时，氢氧化铝的填充量达到120%-200%，这么高的填充量势必影响高聚物与无机填料的相容性和力学性能，因为氢氧化铝作为无机填料和有机高聚物在物理形态和化学结构上极不相同，两者亲和性差，如果直接填充，会造成分散不均，而且粒径较大者还会成为复合材料的应力集合点，成为材料的薄弱环节，这些不仅限制了填充剂在聚合物中的添加量，而且还严重影响了制品性能。为了解决这些问题，一般需加入适当的表面活性剂或偶联剂进行表面包覆处理，以达到提高氢氧化铝和树脂之间的应和力，改善制品的性能，增加阻燃性(在环氧树脂中，表面改性的氢氧化铝可将阻燃性从V-1级提高到V-0级)，改善加工性能，提高制品的电气性能以及降低成本。

1）氢氧化铝的表面处理技术

目前氢氧化铝的表面处理主要集中在有机改性，大体可分为两类，表面活性剂处理和偶联剂处理。

（1）表面活性剂处理

用阴离子、阳离子型表面活性剂如高级脂肪酸、酯类、醇类、酰氨类，对其表面进行改性，以达到提高氢氧化铝和树脂之间的亲和力，改善制品的性能，增加阻燃性，改善加工性能，使之同高分子材料间的相容性更好，并且进一步增强橡胶、塑料等制品的抗冲击能力。

（2）偶联剂表面处理

用偶联剂对氢氧化铝进行表面改性是利用偶联剂分子的基团可以与氢氧化铝的表面发生羟基反应，形成化学键合，而偶联剂分子的另一端则有亲有机物性质，可以与有机高分子发生某种化学反应或机械缠绕，从而把氢氧化铝与聚合物这两种性质完全不同的材料牢固结合在一起，即借助偶联剂在氢氧化铝表面形成分子桥，把性质特殊的两种材料连接在一起，从而使之与有机高分子材料的相容性得以提高，使无筋聚合物的抗拉强度、伸长率和抗冲击性能明显提高。

氢氧化铝常用的偶联剂主要有硅烷和钛酸酯类、硅烷偶联剂中以乙烯基硅烷的处理效果较好，单烷基钛酸酯对粗粒Al(OH)3的偶联效果不如对细粒Al(OH)3偶联效果好，钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂并用可产生协同作用。另外，烷基乙烯酮、丙烯酸异氰酸酯和含磷钛酸盐也可作为Al(OH)3表面处理剂，还有新近开发的新型铝系偶联剂，如DL-411系列偶联剂，是中国偶联剂 研究 的重大突破。此外，有些加工助剂如硬脂酸盐、润滑剂、增塑剂等也能明显提高系统的分散性，缩短均匀时间，降低加工能耗，改善表面质量，同时氢氧化铝颗粒在树脂机体内均匀分布也能使产品的物理性能得到改善。

2）改性方法

改性方法分为干法和湿法表面改性处理。据 研究 ，硅烷偶联剂处理阻燃剂主要有3方面的效果：提高与聚合物之间的润湿性能；增强与聚合物的粘结性；形成特殊的界面层，有缓和聚合物和阻燃剂之间的残余应力的作用。

第二节 产品工艺特点或流程

1、水热合成法

活性铝粉与水接触，只要达到反应条件，则剧烈反应，最终产物为极细的灰白色粉末，其产物均为Al(OH)3和AlO(OH)，用此法可以制备出平均粒径为80nm以下的粉末。

2、碳分法

用二氧化碳气体通入铝酸钠溶液，使其析出氢氧化铝。采用此法可制备出超细拟薄水铝石和活性氢氧化铝。

3、液相共沉淀法

采用氢氧化铝和氨水变速滴加混合物法，可得到颗粒尺寸小于5nm的氢氧化铝沉淀，而且在该反应液中加入一定量表面活性剂，还可合成出粒径细小，尺寸分布范围窄的纳米产品。先用阴离子十六-三甲基-甲苯磺酸铵与阴离子十二苯磺酸钠表面活性剂混合可得到一系列微泡，加入氯化铝溶液后，氯化钠立即被上述微泡包裹形成微胶囊化，在胶囊中铝离子渐渐被钠离子所取代，同时也加入氢氧化钠，氢氧根通过囊泡渗入胶囊内，立即与铝离子反应生成氢氧化铝，可生成约80nm的产品。用铝酸钠溶液为原料，在草酸溶液中进行中和稀释，可制得200-300nm的氢氧化铝，而使用聚乙烯基吡咯烷酮为表面活性剂加入反应液中时，可制得80-300nm的产品，但使用聚乙烯醇为表面活性剂加入时，却制得1.2-200nm的产品。

4、超重力反应沉淀法

利用超重力反应沉淀法制得了粒度可控(15-30nm)，粒度分布窄的纳米Al(OH)3粉体，制成的产品可广泛添加在各种防火涂料、聚合物材料之中。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

1、ATH的超微细化

ATH的超微细化增加了ATH的表面积，使粒子表面蒸气压降低，明显增强阻燃效果，同时提高材料制品的力学性能和耐热性能。美国一家公司已研制出平均粒径小于0.2mm的超细ATH，这些超细ATH不仅能提高阻燃性能，而且使体系力学性能提高，应用将十分广泛。这些技术无疑是ATH发展的主流。在国内，化工部合成材料 研究 院在这方面也作了很多工作。

2、高效的表面处理剂

开发高效的表面处理剂，ATH单独使用时，添加量必须在60份以上(以100份纯基体树脂为基准)，但高填充量会影响塑料的加工性能和力学性能。若能开发高效廉价的偶联剂，在ATH添加量很高时，也不影响其加工及力学性能，那将大大促进ATH的应用。因此，开发高效的偶联剂，改善与高聚物的相容性是当前 研究 的方向之一。

3、ATH其他阻燃增效剂的协同作用

少量阻燃增效剂可使ATH填充材料的性能有明显改善，因此开发高效阻燃增效剂是ATH技术发展的又一重要发展方向。

4、ATH的纤维化

无机物的纤维化可以提高分子材料的力学性能。因此，改善ATH的粒度分布，制成纤维状既可以起到较好的阻燃效果，又可改善高分子材料的力学性能。
 

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