超细氢氧化铝微粉 阻燃剂 工业玛瑙级 高含量

氢氧化铝作阻燃剂具有许多的优点，且来源丰富，价格低廉，应用范围广，品种多。但也具有和高分子聚合物相容性差、不对聚合物起增强作用、分解温度低(250℃就开始分解)、不适于加工高于200℃的塑料制品的缺点，因此研究其粒度超细化、表面改性处理技术、协同复合技术、纳米技术正成为各国研究者研究的热点问题。

    1 氢氧化铝阻燃剂的阻燃机理

    氢氧化铝简称AHT，其阻燃机理是受热分解放出大量的水蒸气，其反应式为：

    2Al(OH)₃→Al₂O₃+3H₂O

    这是个强吸热反应，吸热量达到1967.2J/g，起到冷却聚合物的作用，反应产生的水蒸气可以稀释聚合可燃气体，抑制燃烧蔓延，新生成的氧化铝还具有较高的活性，能吸附烟尘颗粒，起到抑烟作用。另外，氢氧化铝还具有阻滴，炭化作用，能长期保留在聚合物中且能增加其抗电弧性。

    1.1 氢氧化铝阻燃剂的冷却技术

    氢氧化铝阻燃剂中含有可生成水的氢氧根，氢氧化铝分解温度为200℃，它在从245-300℃范围内已基本上完成了脱水反应，释放出结晶水，吸收潜热，降低温度，即阻燃技术中的“冷却技术”，产生的大量水蒸汽能稀释可燃气体，同时每摩尔氢氧化铝结合了34.6mol的水，受热要吸收热量1.97kJ，也起了冷却作用。

    1.2 不燃化合物生成

    氢氧化铝脱水后在可燃物表面生成耐火性能很好的均匀分布的金属氧化物，可与其它炭化物一起形成一道致密阻燃屏障，隔绝空气，降低燃烧速率，从而降低了分解产物的质量损失速率，防止火焰蔓延。

    2 氢氧化铝阻燃剂的应用现状

    氢氧化铝是一种具有环境性和使用性的无毒、无公害的无机阻燃剂，其消耗量在所有的阻燃剂中稳居，目前ATH的消耗量约为220kt以上，占阻燃剂总耗量的50%，占无机阻燃剂总耗量的75%。据统计在1990年到1994年间，ATH用量的年平均增长速度达65%，高于所有其他类型的阻燃剂，美国是应用阻燃剂数量大的国家，已超过50多个生产厂家和100种阻燃剂产品，中国同先进国家比较差距较大，主要是产量低、品种少，作为无机阻燃剂，氢氧化铝在阻燃剂行业中的应用也仅仅是开始。由于缺乏超细化工品种，导致产品质量较差，科技含量较低，仅适用于建筑交通技术要求不高的领域，在对阻燃剂性能要求较高的电子工业、航空等高科技领域中的应用则较少，中国阻燃剂市场目前还处于需大于供的局面，是发展氢氧化铝作阻燃剂的大好时机，关键是开发研究性能的新产品。

    2.1 氢氧化铝阻燃剂的制备方法

    2.1.1 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，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。

    2.1.2 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。

    2.1.3 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。

    2.1.4 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。

    2.2 氢氧化铝的粒度超细化

    目前，国产氢氧化铝阻燃剂的质量参差不齐，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表1所示。

    表1  氢氧化铝粒度与氧指数的关系

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    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，使其在大的填充量下粒度尽可能小。