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氢氧化铝凭什么是最佳无机阻燃剂填料


来源:中国粉体网   山川

[导读]  无机阻燃剂具有热稳定性相对较好,不产生腐蚀性气体及毒气,对环境的影响较小。相比于有机阻燃剂,无机阻燃剂更加符合环保和消防安全的要求,无机阻燃剂也是近年来大家研究的重点,市场潜力巨大。

什么是阻燃剂


阻燃剂是一种用于改善可燃、易燃材料燃烧性能的特殊助剂,它可以使材料具有难燃性、自熄性、和消烟性,并可有效提高材料的安全使用性能。


 

(图片来源于网络)


阻燃剂一般可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两类。有机阻燃剂阻燃效果突出,适用范围广,一直受到广泛的应用。但它的缺点同样突出,具有腐蚀性,燃烧时产生烟雾,同时伴有毒气产生。


而无机阻燃剂具有热稳定性相对较好,不产生腐蚀性气体及毒气,对环境的影响较小。相比于有机阻燃剂,无机阻燃剂更加符合环保和消防安全的要求,无机阻燃剂也是近年来大家研究的重点,市场潜力巨大。


无机阻燃剂有氢氧化铝、氢氧化镁、氧化镁、三氧化二锑、四硼酸钠等,其中氢氧化铝是应用最为广泛的无机阻燃剂,它具有阻燃、消烟、填充的功能,尤其是经过表面改性的超细氢氧化铝,还可以提高材料的力学性能。


表1:几种阻燃剂阻燃效果比较

 


氢氧化铝凭什么能做阻燃剂填料


1、氢氧化铝的特性

国内外市场上作为阻燃剂用的氢氧化铝,主要是α-Al(OH)3,通常状态下是一种白色粉末,物理性质和化学化学性质稳定,耐热,不吸潮,粒度可按需要加工生产,无毒无害,熟化时白度不变,在受热时反应生成氧化铝和水。


 

(图片来源于网络)


2、氢氧化铝的阻燃机理


氢氧化铝的阻燃机理相对来说较为复杂,由以下几种机理相互协同组成:


1)反应吸热


上面我们讲到,氢氧化铝受热反应生成氧化铝和水,这个反应是一个吸热反应,反应式为:




在此过程中,不但吸收了热量延缓了聚合物的燃烧,同时反应放出的水蒸气还冲淡了可燃气体和氧气,还会参加冷凝相的反应。


2)稀释作用


除了1)中所提到的水蒸气能冲淡可燃性气体和氧气外,由于氢氧化铝还起到了填充作用,导致单位体积内的聚合物减少,而填充的氢氧化铝起到了稀释作用。


3)覆盖作用


反应生成的氧化铝和其它碳化物一起形成了一个阻燃屏障,抑制了火焰的蔓延。


4)碳化作用


阻燃剂在燃烧条件下产生强烈脱水性物质,使塑料碳化而不易产生可燃性挥发物,从而阻止火焰蔓延。


3、氢氧化铝做为阻燃剂的优势


1)反应过程吸热降温作用突出


氢氧化铝中的结晶水含量高达34.46%,当周围温度上升到300℃以上,这些水分全部析出。由于水的比热大,当其化为水蒸气时需从周围吸取大量热能。氢氧化镁也含结晶水,但含水率仅30.6%。而且氢氧化镁不利于介电性能,适用性不如氢氧化铝。


2)在阻燃过程中环保安全,不会产生毒气。


3)对橡胶等制品具有补强作用


在氢氧化铝粒度低至准纳米级时(径≤2μm),还可以对橡胶等制品具有补强作用,而且随着粒度越小,补强作用越强,阻燃效果也越好。


4)资源充足


氢氧化铝制备加工工艺较为成熟,易得价廉。


氢氧化铝阻燃性能的增强措施


1、超细化


氢氧化铝粒度越低,不但比表面积越大,阻燃效果越好,还可以进一步增强界面的相互作用,改善聚合物的力学性能。


2、高纯化


提高氢氧化铝的纯度能够显著增强其阻燃效果。


3、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、醋类、醇类、酞氨类,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。


4、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。


5、与其它阻燃剂的协同作用


单种阻燃剂发生增效作用是有限的,因而常常是把多种阻燃剂复配在一起,使它们相互增效,取长补短,达到降低阻燃剂的用量,提高材料阻燃性能、加工性能和力学性能的目的。


参考资料:

[1]王庆伟等.超细氢氧化铝阻燃剂的制备、应用及展望.

[2]武福运等.多品种氢氧化铝的应用及生产.矿产保护与利用

[3]黄东等.氢氧化铝的阻燃性质与应用研究.北京航空材料研究院

[4]刘立华等.氢氧化铝阻燃剂的应用现状及前景展望.唐山师范学院

[5]赵光贤等.无机阻燃剂-氢氧化铝.特种橡胶制品


(中国粉体网编辑整理/山川)

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