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氫氧化鋁憑什么是優秀無機阻燃劑填料?

更新時間:2021-01-21    點擊:767次

什么是阻燃劑
阻燃劑是一種用于改善可燃、易燃材料燃燒性能的特殊助劑,它可以使材料具有難燃性、自熄性、和消煙性,并可有效提高材料的安全使用性能。
阻燃劑一般可分為有機阻燃劑和無機阻燃劑兩類。有機阻燃劑阻燃效果突出,適用范圍廣,一直受到廣泛的應用。但它的缺點同樣突出,具有腐蝕性,燃燒時產生煙霧,同時伴有毒氣產生。
而無機阻燃劑具有熱穩定性相對較好,不產生腐蝕性氣體及毒氣,對環境的影響較小。相比于有機阻燃劑,無機阻燃劑更加符合環保和消防安全的要求,無機阻燃劑也是近年來大家研究的重點,市場潛力巨大。
無機阻燃劑有氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化鎂、三氧化二銻、四硼酸鈉等,其中氫氧化鋁是應用最為廣泛的無機阻燃劑,它具有阻燃、消煙、填充的功能,尤其是經過表面改性的超細氫氧化鋁,還可以提高材料的力學性能。


氫氧化鋁憑什么能做阻燃劑填料
1、氫氧化鋁的特性
國內外市場上作為阻燃劑用的氫氧化鋁,主要是α-Al(OH)3,通常狀態下是一種白色粉末,物理性質和化學化學性質穩定,耐熱,不吸潮,粒度可按需要加工生產,無毒無害,熟化時白度不變,在受熱時反應生成氧化鋁和水。


2、氫氧化鋁的阻燃機理
氫氧化鋁的阻燃機理相對來說較為復雜,由以下幾種機理相互協同組成:
1)反應吸熱
上面我們講到,氫氧化鋁受熱反應生成氧化鋁和水,這個反應是一個吸熱反應,反應式為:
圖片
在此過程中,不但吸收了熱量延緩了聚合物的燃燒,同時反應放出的水蒸氣還沖淡了可燃氣體和氧氣,還會參加冷凝相的反應。
2)稀釋作用
除了1)中所提到的水蒸氣能沖淡可燃性氣體和氧氣外,由于氫氧化鋁還起到了填充作用,導致單位體積內的聚合物減少,而填充的氫氧化鋁起到了稀釋作用。
3)覆蓋作用
反應生成的氧化鋁和其它碳化物一起形成了一個阻燃屏障,抑制了火焰的蔓延。
4)碳化作用
阻燃劑在燃燒條件下產生強烈脫水性物質,使塑料碳化而不易產生可燃性揮發物,從而阻止火焰蔓延。


3、氫氧化鋁做為阻燃劑的優勢
1)反應過程吸熱降溫作用突出
氫氧化鋁中的結晶水含量高達34.46%,當周圍溫度上升到300℃以上,這些水分全部析出。由于水的比熱大,當其化為水蒸氣時需從周圍吸取大量熱能。氫氧化鎂也含結晶水,但含水率僅30.6%。而且氫氧化鎂不利于介電性能,適用性不如氫氧化鋁。
2)在阻燃過程中環保安全,不會產生毒氣。
3)對橡膠等制品具有補強作用
在氫氧化鋁粒度低至準納米級時(徑≤2μm),還可以對橡膠等制品具有補強作用,而且隨著粒度越小,補強作用越強,阻燃效果也越好。
4)資源充足

氫氧化鋁制備加工工藝較為成熟,易得價廉。


氫氧化鋁阻燃性能的增強措施
1)超細化
氫氧化鋁粒度越低,不但比表面積越大,阻燃效果越好,還可以進一步增強界面的相互作用,改善聚合物的力學性能。
2)高純化
提高氫氧化鋁的純度能夠顯著增強其阻燃效果。
3)表面活性劑處理
用陰離子、陽離子型表面活性劑如高級脂肪酸、醋類、醇類、酞氨類,對其表面進行改性,以達到提高氫氧化鋁和樹脂之間的親和力,改善制品的性能,增加阻燃性,改善加工性能,使之同高分子材料間的相容性更好,并且進一步增強橡膠、塑料等制品的抗沖擊能力。
4)偶聯劑表面處理
用偶聯劑對氫氧化鋁進行表面改性是利用偶聯劑分子的基團可以與氫氧化鋁的表面發生羥基反應,形成化學鍵合,而偶聯劑分子的另一端則有親有機物性質,可以與有機高分子發生某種化學反應或機械纏繞,從而把氫氧化鋁與聚合物這兩種性質完全不同的材料牢固結合在一起,即借助偶聯劑在氫氧化鋁表面形成分子橋把性質特殊的兩種材料連接在一起,從而使之與有機高分子材料的相容性得以提高,使無筋聚合物的抗拉強度、伸長率和抗沖擊性能明顯提高。
5)與其它阻燃劑的協同作用
單種阻燃劑發生增效作用是有限的,因而常常是把多種阻燃劑復配在一起,使它們相互增效,取長補短,達到降低阻燃劑的用量,提高材料阻燃性能、加工性能和力學性能的目的。
參考資料:
[1]王慶偉等.超細氫氧化鋁阻燃劑的制備、應用及展望.
[2]武福運等.多品種氫氧化鋁的應用及生產.礦產保護與利用
[3]黃東等.氫氧化鋁的阻燃性質與應用研究.北京航空材料研究院
[4]劉立華等.氫氧化鋁阻燃劑的應用現狀及前景展望.唐山師范學院
[5]趙光賢等.無機阻燃劑-氫氧化鋁.特種橡膠制品

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