21645-51-2 / 超細氫氧化鋁表面改性攻略

超細氫氧化鋁粉體具有阻燃、消煙、填充等多重功能，能與磷等多種物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同阻燃效應(yīng)，是為電子、化工、電纜、塑料、橡膠等行業(yè)中重要的環(huán)保型阻燃劑。

氫氧化鋁為填充型無機阻燃劑，為達到較好的阻燃效果，填充量需40%（總量）以上，有的甚至高達60%，但高填充量不僅嚴重影響制品的機械性能，而且使擠出及加工性能變差。

因此，為使超細氫氧化鋁粉體能更廣泛地用于聚烯烴等阻燃材料中，必須要進行氫氧化鋁粉體表面改性，以改善其表面的物理化學(xué)特性，增強超細氫氧化鋁粉體與基質(zhì)，即有機高聚物或樹脂等的相容性和在有機基質(zhì)中的分散性，以提高材料的機械強度和綜合性能。

超細氫氧化鋁常用的表面改性劑

（1）硅烷偶聯(lián)劑

硅烷偶聯(lián)劑現(xiàn)有百余種，其中γ-官能團硅烷偶聯(lián)劑最穩(wěn)定，其用于熱塑性和熱固性中加填的氫氧化鋁改性處理，改善制品強度十分顯著。α-官能團硅烷偶聯(lián)劑穩(wěn)定性介于β和γ之間，除增強制品的力學(xué)性能外，α-官能團硅烷偶聯(lián)劑還能使制品的電學(xué)性能和防潮性能得以改善，其處理的氫氧化鋁改性產(chǎn)品適合在電線電纜行業(yè)應(yīng)用。

（2）鋯類偶聯(lián)劑

鋯類偶聯(lián)劑由含有鋁酸鋯的低相對分子質(zhì)量無機聚合物在分子主鏈上絡(luò)合兩種有機配位基組成，一種配位基賦予偶聯(lián)劑良好的羥基穩(wěn)定性，另一種配位基則賦予偶聯(lián)劑良好的有機反應(yīng)性，其對氫氧化鋁超細氫氧化鋁粉體有較好的改性效果。

（3）高級脂肪酸及其鹽

在高級脂肪酸及其鹽的分子結(jié)構(gòu)中，一端為長鏈烷基，另一端為可與氫氧化鋁表面官能團發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的羧基及其金屬鹽。用高級脂肪酸及其鹽處理超細氫氧化鋁粉體類似偶聯(lián)劑的作用，可改善超細氫氧化鋁粉體和聚合物分子的親和性，改善制品的力學(xué)性能和加工性能。

（4）不飽和有機酸

常見的不飽和有機酸是：丙烯酸、甲基丙烯酸、肉桂酸等。一般地說，酸性越強越容易形成離子鍵，故多選用：丙烯酸和甲基丙烯酸。

各種有機酸可以單獨使用，也可以混合使用，處理含堿金屬離子的礦物超細氫氧化鋁粉體，效果較好。

（5）有機硅

高分子有機硅又稱硅油，是以硅氧鍵鏈（Si-O-Si）為骨架，硅原子上接有機集團的一類聚合物。常用的有含氫聚甲基硅氧烷、羥基封端聚二甲基硅氧烷等。

超細氫氧化鋁表面改性工藝

目前，比較常用的超細氫氧化鋁粉體的表面改性方式主要有干法改性與濕法改性兩種。

（1）干法改性

該工藝是將經(jīng)需要改性超細氫氧化鋁粉體預(yù)熱至一定溫度后，將改性劑緩慢滴加到高速攪拌的氫氧化鋁粉體中，反應(yīng)至一定時間后停機包裝。

干法改性的優(yōu)點是對設(shè)備要求低，操作簡單。缺點是工人勞動強度大，氫氧化鋁粉體包覆率低。

（2）濕法改性

濕法改性是在在超細氫氧化鋁粉體生產(chǎn)過程中，將合成的氫氧化鋁漿液經(jīng)過過濾、洗滌后，濾餅打漿，在一定溫度的打漿后的漿液中加入改性劑，攪拌一段時間，過濾烘干打散后包裝。

濕法改性的優(yōu)點是工人勞動強度低，沒有粉塵污染，生產(chǎn)效率高，氫氧化鋁粉體包覆率高，在20-30%，改性效果較高且穩(wěn)定。較干法改性而言，濕法改性流程長，對設(shè)備要求較高。由于濕法改性優(yōu)點多，正在逐步取代干法改性生產(chǎn)方式。

超細氫氧化鋁表面改性效果的評價方法

（1）吸油率測試

吸油率主要是測定一定量的Al（OH）3粉料剛剛達至飽和浸潤時所需要的蓖麻油量，用它來表征一定量的Al（OH）3剛達到飽和浸潤所需的樹脂量。

檢測方法如下：將超細氫氧化鋁粉體稱取干燥試樣約10g，置于燒杯內(nèi)，用滴定管滴加蓖麻油，用玻璃棒輕輕調(diào)和，使蓖麻油與試樣浸潤均勻制團狀。計算出每100g氫氧化鋁所吸附的蓖麻油量，即為超細氫氧化鋁粉體的吸油率。

經(jīng)過表面改性的氫氧化鋁粉體，吸油率會出現(xiàn)一定程度的變化。如用硅烷偶聯(lián)劑改性后的超細氫氧化鋁粉體，吸油率會下降10%左右。

（2）SEM測試

改性前后超細氫氧化鋁粉體的形貌檢測所采用電子顯微鏡設(shè)備進行掃描，通過電鏡可以發(fā)現(xiàn)改性后的粉體在基體內(nèi)分散情況好于未改性產(chǎn)品。

（3）FTIR測試

采用傅里葉紅外光譜儀進行紅外光譜測定，分析產(chǎn)品表面的基團。例如采用甲基乙烯基硅烷濕法表面改性的氫氧化鋁粉體，通過紅外光譜可測定乙烯基–Vi與–Si含量。

（4）測定制品性能

將改性后與未改性的超細氫氧化鋁粉體所制制品進行線纜指標(biāo)如氧指數(shù)、拉伸強度、斷裂伸長率等的測試。通過對比，可發(fā)現(xiàn)改性后，制品的阻燃性能、力學(xué)性能均有所改善。

（5）活化指數(shù)

活化指數(shù)是通過測定改性后漂浮在水面上方的氫氧化鋁量占氫氧化鋁總量的百分數(shù)來評價表面改性效果的指標(biāo)。由于超細氫氧化鋁粉體表面改性劑種類不同、處理方式不同，使改性后的粉體有些浮于水面，有些則會下沉。

如硬脂酸鈉、鈦酸酯濕法改性，疏水性硅烷干法改性后的超細氫氧化鋁粉體，可以采用活化指數(shù)來評價改性效果；但是親水性硅烷干法改性，硅烷濕法改性后的超細氫氧化鋁粉體，會在水中下沉，采用活化指數(shù)無法評價改性效果，準(zhǔn)確的評價方式還是紅外光譜測試。

來源：劉騫,馬曉寧.超細氫氧化鋁粉體的改性研究[C]