氢氧化铝 - 的表面改性

1 2 3 4 5 6
40 40 30 30 80 80
60 0 60 0 20 0
0 60 0 60 0 20
30.6 37.2 37.9 39.1 18.2 19.8
LOI:极限氧气指数
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氢氧化铝微粉的表面改性
氢氧化铝 (ATH),水合金属化合物阻燃剂, 是目前无机环保型阻燃剂最主要的品种 之一,其在阻燃剂的总用量中一直保持在 40%以上的比例。它具有阻燃、消烟、 填充三个功能,且其比卤、磷阻燃体系便 宜,加上其不挥发,无毒,又可与多种物质 产生协同阻燃作用,被誉为无公害无机阻 燃剂。
改性剂种类 市场量 % 50 50 40 10 市场价值% 90 10 6 4
有机硅烷 有机酸合计
脂肪酸 聚合酸
偶联剂：
①有机硅烷
水解 缩合
三烷氧基硅烷
与颗粒表面羟基作 用生成氢键，然后 脱水，由氢键转为 共价键，将氢氧化 铝与偶联剂联系在 一起。
②钛酸酯、铝酸酯、锡偶联剂、双金属偶联剂等
钛酸酯偶联剂的通式
4）阻燃用氢氧化铝微粉需求强、应用领域不断扩大
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
BMC、SMC和其它挤压及模具用料 工程塑料 涂料 管线原始固化(CIPP） 泡沫绝缘材料硅橡胶 电线、电缆. 粘合剂、密封剂 屋面卷材 橡胶
5）氢氧化铝微粉与电缆料表面性质不匹配，混和不 均匀、影响材料物理化学性能，需要表面改性
1）化学品氧化铝性质特殊，应用越来越广泛
性质
相对密度2.42，折 光 率
1.53~1.57，莫氏硬度3.0 无毒、无味、白色粉末 脱水时大量吸热
氧化铝陶瓷 催化剂载体
应用领域
阻燃电缆 药用
……
2）填料用化学品氢氧化铝用途多、需求量大，适合 规模化生产
填料用氢氧化铝的用途
阻燃产品 人造玛瑙
阻燃剂 (聚烯烃、聚氯乙烯、
22
20 0 10 20 30 40 50 60
mass ratio of ATH/％
ATH填充量对复合材料极性氧指数的影响
Байду номын сангаас
电缆材燃烧情况
改性ATH 加入量增加, 极性氧指数也在增加，阻燃性提高。
ATH改性对产品性能的影响
ＮO.
EVA
组成 %
ATH M-ATH LOI
性能分析结果
Young’s modulus/ Mpa 103 77 56 45 0.98 0.89 Tensile strength/ Mpa 4.2 8.2 9.3 11 12.3 15.1
橡胶、塑料、热塑性弹性体）
印刷线路板 地毯褙乳胶泡沫和粘结剂 人造大理石、人造玛瑙
人造大理石
牙膏
造纸
牙膏
矿用阻燃塑料
阻燃工程塑料
3）无机填料能显著降低成本、改善材料性能
① 填充量大、降低成本 ②提高物理性质
弯曲强度、拉伸强度 热稳定性、抗压强度等
③赋予特定功能
阻燃、耐热、导电、导热 隔音、磁性、压电、抗菌等功能
电缆
聚氯乙烯,聚合度在500-2000之间
电缆料生产线
氢氧化铝表面存在OH键
低密度聚乙烯,分子量~25000
极性物质、亲水性
非极性物质，疏水性
阻燃电缆一般组成：PE（PVC）、增塑剂(邻苯二甲酸二甲脂)、氢氧化铝、稳定剂等
氢氧化铝和电线、电缆原料（以PE为例）表面性质不匹 配，影响产品加工和物理性能。
HM932
HM632 HS432 HM532 HS432
2
3.5 9 5 9
超细产品表面
微粉 / / /
表面改性
表面改性 表面改性、疏水 表面改性 表面改性
电缆、硅橡胶
电缆、硅橡胶 水敏性应用 树酯 管线原始固化
7）表面改性过程中，脂肪酸用量大、市值少；偶 联剂用量少、市值大
表面改性过程中有机硅烷和有机酸市 场份额估计
6）表面改性后的氢氧化铝，价值高，是氧化铝企业 提高市场竞争力重要措施
产品种类 H100 H36 H336 HM9400 粒度范围 75 19 14 1 性质 白色、未磨 白色、磨 白色、磨 种分产品 改性情况 / / / 表面改性 应用 有机填料、粘合剂 团/片状模塑料 团/片状模塑料 电缆、硅橡胶
30％未改性ATH
30％改性ATH
50％改性ATH
复合材料的偏光显微照片
表面改性改善了粉体在基体中的分散； 粉体添加量过大时，易导致材料的力学性能恶化。
改性氢氧化铝对聚乙烯电缆料阻燃性能的影响
32
无阻燃剂
30
30%ATH
复合阻燃材料
limitied oxygen index(LOI)
28
26
24
2、表面改性机理
界面检测困难，表征手段少 氢氧化铝表面结构复杂，改性剂与表面相互作用方式多
ATH高温下易产生新相，溶液中溶剂化显著，低温下作用慢，以化学 键方式表面改性ATH难 聚合物种类，性质相差较大，表面改性与聚合物完美匹配难。
3、产品改性技术
10）ATH 改性后与聚合物的相互作用
ATH粉体在复合材料中的分布
48.73 77.98 111.15 123.43 118.93 105.86
改性产品的分散效果
改性粉体疏水强、 酒精中分散性好
9）氢氧化铝微粉表面改性，必须解决几个重大关键 技术难题
1、氢氧化铝物理化学性质调控技术
细氢氧化铝表面能高，吸附强；溶液中杂质多，杂质含量高 氢氧化铝粒度分布不均匀、形貌不规整。
R-O-Ti-（O-X-R‘-Y）n
钛酸酯偶联剂主要通过烷氧基团与填料表现吸附的微 量羟基或质子发生化学反应偶联到填料表面，从而达 到改性的目的。
作用： 与无机物表面质子反应，形成有机单分子层。
8）氢氧化铝微粉表面改性后的变化
硬脂酸添加量 活化指数/% /% 吸油值 mL/100gAl(OH)3
氧化铝中有 机碳含量/%
氢氧化铝中硬 脂酸含量/%
接触角/°
0 0.25 0.50 1.00 3.00 5.00
0 72.61 98.42 99.60 99.60 99.40
42.05 39.10 37.08 36.10 34.60 32.80
0.03 0.16 0.36 0.70 1.73 2.26
0.04 0.21 0.47 0.91 2.25 2.95