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原創(chuàng) 李昌林 

1 氫氧化鋁阻燃劑的特點(diǎn)

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(jié)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(nèi)測(cè)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(yōu)點(diǎn)：具有阻燃、消煙、填充性能，不產(chǎn)生二次污染；白度高，對(duì)著色劑的遮蓋性小；具有適度的耐磨性，成型加工性能良好；能與多種其他物質(zhì)產(chǎn)生阻燃協(xié)同效應(yīng)；來源豐富，價(jià)格低廉。                                   

氫氧化鋁作為阻燃劑，具有許多優(yōu)異的特性，同時(shí)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(qiáng)，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(nèi)完成主要脫水反應(yīng)，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(huì)脫水形成氣泡，影響制品的力學(xué)性能。氫氧化鋁熱穩(wěn)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(lǐng)域所關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

2提高氫氧化鋁熱穩(wěn)定性的方法

氫氧化鋁熱穩(wěn)定較差是其作為阻燃劑的不足之一，提高氫氧化鋁熱穩(wěn)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(wěn)定性。氫氧化鋁被包覆后，受熱分解時(shí)水蒸氣擴(kuò)散速率減小，可能會(huì)延遲分解反應(yīng)。由于包覆層對(duì)傳質(zhì)的阻礙，氫氧化鋁內(nèi)核表面的水分子濃度提高，即氫氧化鋁分解反應(yīng)的平衡水蒸氣分壓增大，分解溫度相應(yīng)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(zhì)作為改性劑，在一定體系中與氫氧化鋁發(fā)生反應(yīng)（物理反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)）、或與體系中某些物質(zhì)反應(yīng)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(jié)構(gòu)。制備的鋁鎂復(fù)合阻燃劑，初始熱分解溫度可提高到260℃，阻燃性能得到進(jìn)一步提高，填充有機(jī)高聚物后其氧指數(shù)可達(dá)到33，達(dá)到了難燃級(jí)。產(chǎn)品填充有機(jī)高聚物后，各主要力學(xué)性能指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求值。周向陽等采用復(fù)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(shí)改善了粉體的分散性。無機(jī)-有機(jī)多層包覆改性或者有機(jī)-有機(jī)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(shí)可以顯著提高氫氧化鋁熱穩(wěn)定性。

氫氧化鋁表面包覆處理工藝簡(jiǎn)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(xué)復(fù)合處理

氫氧化鋁化學(xué)復(fù)合處理指在一定條件下與其他物質(zhì)化學(xué)復(fù)合生成新物質(zhì)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(yīng)可生成堿性草酸鋁，堿性草酸鋁在330℃以下有較好的熱穩(wěn)定性，超過450℃時(shí)分解，其阻燃性能與氫氧化鋁相似，由于提高了熱穩(wěn)定性，可用于尼龍、PBT、PET等聚合物。磷酸與氫氧化鋁反應(yīng)生成五價(jià)磷酸鋁，溫度超過350℃時(shí)仍具有較好的熱穩(wěn)定性。磷酸鋁對(duì)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(shù)達(dá)到40%以上。氫氧化鋁化學(xué)復(fù)合可以顯著提高氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性，只是通過化學(xué)復(fù)合后產(chǎn)品的成本提高，同時(shí)一些化學(xué)復(fù)合的方法大規(guī)模應(yīng)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(zhì)量分?jǐn)?shù)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(guó)Alcoa公司開發(fā)的低堿含量氫氧化鋁，其總Na₂O含量?jī)H為常規(guī)產(chǎn)品的1/10，作為阻燃絕緣材料很有發(fā)展前途。Solem公司的耐熱性氫氧化鋁，產(chǎn)品Na₂O含量低，超微細(xì)化，比表面積大，電氣性能優(yōu)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(qiáng)了阻燃劑的某些特殊性能，不過該方法產(chǎn)品制備難度大，成本高，應(yīng)用規(guī)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(shù)降低，部分氫氧化鋁由三水鋁石型轉(zhuǎn)變?yōu)椴肥徒Y(jié)構(gòu)，提高了氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性。Neil brown和MichaelAggleton等將氫氧化鋁部分脫水后，再用有機(jī)物改性處理，所得產(chǎn)品熱穩(wěn)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(jié)構(gòu)中部分結(jié)晶水，會(huì)在一定程度上降低其阻燃性能。

3 結(jié)論

氫氧化鋁是一種綜合性能優(yōu)良的阻燃劑，熱穩(wěn)定較差是其不足之一。提高氫氧化鋁熱穩(wěn)定性的方法有，表面包覆、化學(xué)復(fù)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(shè)置靈活，可以與現(xiàn)有的氫氧化鋁阻燃劑制備工藝相結(jié)合，還可以作為單獨(dú)的工藝存在。這種方法沒有改變氫氧化鋁阻燃劑的晶體結(jié)構(gòu)，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(wěn)定性?；瘜W(xué)復(fù)合處理徹底改變氫氧化鋁的晶體結(jié)構(gòu)，有效提高了氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性，處理成本相對(duì)較高。低成本化學(xué)復(fù)合提高氫氧化鋁熱穩(wěn)定性是需要加強(qiáng)研究的方向。