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第二届刚玉质耐火原料交易洽谈会
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2021-05
耐材之窗耐火原料指数
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怎么提高氢氧化铝的热稳定性?

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发布时间:2021-05-16 浏览量:1785

生活中随处可见的大量有机高分子材料,其实大多是引起火灾的隐患。而为了避免这一可能性,就需要对这些易燃的高分子材料进行阻燃处理。

 

对于高分子材料来说,添加阻燃剂是最有效的阻燃处理方式之一。其中氧化铝粉体原料来源广泛、价格低廉,还具有阻燃、消烟、填充等多重功能,能与磷等多种物质产生协同阻燃效应,是电子、化工、电缆、塑料、橡胶等行业中最重要的环保型阻燃剂之一。其阻燃原理如下:

①吸热作用。火灾时可脱水吸热,抑制聚合物的温升;

②稀释作用。Al(OH)3填充,使可燃性高聚物的浓度下降。Al(OH)3脱水放出的水汽稀释可燃性气体和氧气的浓度,可阻止燃烧;

③覆盖作用。Al(OH)3脱水后在可燃物表面生成Al2O3保护膜,隔绝氧气,可阻止继续燃烧;

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。

另外,氢氧化铝应用于塑料还可以提高材料的抗紫外线能力、介电性能及耐电弧性等特性,以及改善材料成型收缩的可控性,可谓是有机材料界的“十全大补丸”。就这么看上去氢氧化铝似乎已经无敌了,可以在高分子界横着走了?实则不然。

氢氧化铝

事实上,由于氢氧化铝的分解温度较低(180~200℃就开始分解),在与有机高分子材料混炼加工时易受热分解产生气泡,影响制品的机械性能和外观等,因此用作阻燃剂时通常只适合应用在加工温度较低的材料中,限制了氢氧化铝的使用范围。另外,加工温度低还会影响挤塑设备的生产效率及制品的表面光滑度。

因此,为了改善氢氧化铝阻燃剂与有机高分子材料问的加工性能,人们研究开发了许多方法来提高氢氧化铝的热稳定性,主要可分为偶联剂改性、水热转相、表面部分脱水、高纯化和超细化以及表面包覆改性等。

1.偶联剂改性

采用硅烷或钛酸酯偶联剂对氢氧化铝表面进行改性,当偶联剂的用量较高时,可以提高氢氧化铝的热稳定性,但由于偶联剂价格昂贵,此工艺生产成本高,而且改性后产品的热稳定性增加不显著。

2.水热转相

与三水铝石型氢氧化铝相比,一水软铝石具有较高的分解温度,因此通过水热处理,使氢氧化铝转变为一水软铝石可以大幅度地提高氧化铝水合物的热稳定性。马淑花等将制备的超细氢氧化铝在水热环境下进行化学改性,使大部分氢氧化铝转化为一水软铝石,改性后物质的初始热分解温度可达到340℃,但水热反应对设备要求高,而且一水软铝石分解吸热值远小于三水铝石分解热,从而降低了氢氧化铝的阻燃性能。

3.表面部分脱水

N.Brown等发明了一种提高氢氧化铝热稳定性的专利技术,通过将氢氧化铝进行加热处理,使氢氧化铝表面受热后脱除部分结合水,热处理后氧化铝水合物的结合水表观分子数由3降低到1.8~2.9,使部分氧化铝水合物由三水铝石型转变为勃姆石型结构,从而提高氢氧化铝的热稳定性。经此法处理的氢氧化铝可用作需承受较高加工温度的印刷电路板阻燃剂。

不过通过加热使氢氧化铝表面部分三水铝石脱水转变为一水软铝石,虽可提高氢氧化铝的热稳定性,但在生产过程中脱水程度不易控制,另外氢氧化铝脱除部分结晶水后,其阻燃性能也有所下降,吸油率也会升高。

4.高纯化和超细化

氢氧化铝的超微细化与高纯化,即通过超微细化增加氢氧化铝的表面积,增强阻燃效果,同时提高材料制品的力学和耐热性能;高纯化特别是降低粉体中氧化钠等杂质的含量,同样可提高阻燃剂的热稳定性,研究表明:将Al(OH)3中的Na2O杂质含量降低到0.2%(质量分数)以下,其初始热分解温度可提高至240℃左右。不过,超细化及高纯化虽然可以有效提高产品的热稳定性,但利用铝酸钠溶液分解工艺生产低钠超细氢氧化铝难度大,工艺复杂,并将大大增加产品的生产成本。

5.表面包覆改性

对氢氧化铝表面包覆改性处理,使其表面覆盖一层或多层热稳定性较好的化合物,也可有效地提高氢氧化铝的初始热分解温度。如氢氧化镁就是一种性能优良、极具发展前景的环境友好型无机阻燃剂,其分解范围为340~490℃,将两者复合可以弥补氢氧化铝分解温度较低而导致材料加工性能不佳的缺陷,并且可以使复合阻燃剂在材料氧化分解过程中一直具有较好的阻燃效果。氢氧化镁包覆氢氧化铝后,在235~455℃范围内均存在脱水吸热反应,可在较宽的温度范围内抑制高分子材料的燃烧。

资料来源:

超细氢氧化铝的制备及提高其热稳定性技术研究,王建立。

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