氢氧化铝和一些无机阻燃剂简介

1.氢氧化铝简介

氢氧化铝（Aluminium hydroxide），化学式Al(OH)

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，是铝的氢氧化物。氢氧化铝既能与酸反应生成盐和水，又能与强碱反应生成盐和水，因此也是一种两性氢氧化物。相对分子质量78.0，白色结晶粉末，无臭、无味。氢氧化铝开始脱水温度为200℃，300℃失去结晶水，溶于无机酸和碱性水溶液，不溶于水和乙醇。

多品种氧化铝由于其在晶形结构等方面的不同，使其表现出各种不同的性质，氧化铝及其水合物性质各异，差别很大。氢氧化铝常见的有三种晶体结构，水铝

石（ -Al(OH)

3）、拜铝石（

1

-Al(OH)

3

）、诺铝石（

2

-Al(OH)

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），之外还有不

定型氢氧化铝。

2.氢氧化铝作为阻燃剂的应用

2.1阻燃的原理

氢氧化铝是塑料和有机聚合物一种理想的阻燃剂填充料。因为氢氧化铝为白色粉末，物理性质和化学化学性质稳定，不吸潮，粒度可按需要加工生产，无毒无害，熟化时白度不变，具有填充、阻燃、消烟三大功能。

当塑料或聚合物与外部热源接触而燃烧时，可分为以下几个阶段：（1）加热，（2）分解，（3）起火，（4）燃烧，（5）蔓延。

所有阻燃剂的作用原理都是通过抑制上述的一个或几个燃烧阶段来达到阻燃的目的的。对氢氧化铝来说，它主要在加热和分解这两个阶段起作用，当受热温度超过200℃时，氢氧化铝开始吸热分解，放出三个结晶水。该反应是强烈的吸热反应，分解时每克Al(OH)

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吸热达878J，并且在300℃-380℃之间，其分解率最大，而这一温度范围又是大多数聚合物的分解温度。正是基于氢氧化铝分解时大量吸热，因此，当含氢氧化铝的聚合物加热时，氢氧化铝因分解吸热，从而抑制聚合物温度的升高，降低其分解率；其次氢氧化铝在受热分解时放出水蒸汽，不会产生有毒、可燃或有腐蚀性的气体，同时稀释了聚合物分解所产生的各种可燃气体，使起火更加困难。合成材料的阻燃性能与填料氢氧化铝的粒度有很大关系，随粒度的变细，限氧限数上升。其次，填料的细化还有助于合成材料光滑度和力学性能的改善。而附碱及氧化铁含量的高低可以改善材料的绝缘性能，这在电缆护层与低压电器开关制品中显得尤为重要。

用氢氧化铝作填料的合成材料聚合物系列有聚酯、环氧、酚醛、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、丁醛橡胶、氯丁橡胶，硅橡胶等。

2.2氢氧化铝的改性

虽然氢氧化铝作为阻燃填充剂在塑料、橡胶等行业有广泛的应用，但是，由于其分解温度低，属于无机阻燃剂，填充量小，影响产品强度等。可以通过对氢氧化铝进行改性处理，以提高其分解温度和添加量。通常是在高速搅拌的机器中同时加入氢氧化铝与硅烷、硬脂酸类、钛系等偶联剂对产品进行改性。

纯品氢氧化铝用于聚乙烯和聚乙烯共聚物、橡胶、TPE、PVC，针对要求较为宽松的多用途产品等级。

氢氧化铝用脂肪酸改性，主要应用于PVC，也应用于聚乙烯共聚物和橡胶等。

氢氧化铝用乙烯基硅烷改性，主要应用于交联或接枝聚乙烯体系、硅烷橡胶和PVC等。

氢氧化铝用氨基硅烷改性，主要应用于极性聚乙烯共聚物（EVA、EEA）、橡胶等。

氢氧化铝用环氧基硅烷改性，主要应用于环氧树脂等热固性树脂。

2.3氢氧化铝在塑料中的应用

氢氧化铝无毒，不含卤素，不产生腐蚀性产物，价格低廉，这些都是它的优点，但是它在应用上却受到两方面的限制。其一，像其他填料一样，它不起增强作用。其二，在200℃以上便开始脱水，因此不适应与加工温度超过190℃的塑料制品。在热塑性塑料中加入氢氧化铝后机械强度，尤其是抗冲强度会引起下降，尽管使用偶联剂来努力提高强度，但是仍无显著的增强，因此氢氧化铝95%以上是用于热固性塑料之中。

1.不饱和聚酯中的应用。在玻璃纤维增强的不饱和聚酯浇注塑料中（如各种高压或低压电器开关），氢氧化铝是作为填料使用，使塑料制品具有阻燃性，消烟性以及抗电弧性。氢氧化铝还用于玻璃钢层压制体，如玻璃钢瓦，管子，贮槽等，具有很好的阻燃效果。

2.环氧树脂中的应用。在环氧树脂中，氢氧化铝有特效的阻燃效果，用量为40%-60%，氧指数比未经填充的环氧树脂高一倍，同时还增强了抗电弧性和抗弧迹性。经氢氧化铝填充的环氧树脂在制作变压器，绝缘器材，开关装置等方面前途是十分光明的。

3.交联聚乙烯。乙丙胶橡胶电缆中的应用，在这些高聚物中，由于填充了氧化铝使其阻燃性得到提高，并且具有优良的电绝缘性能，因此获得广泛的应用。

4.乳胶和粘合剂中的应用。地毯衬垫的乳胶橡胶和羧酸化胶乳粘合剂是氢氧化铝的最早市场，这方面的消耗至今还居领先地位。它在预涂层，粘合剂和泡沫材料中还代替阻燃能力很小的碳酸钙和白土作具有阻燃性的填充料。一般是100

份胶乳加20-150份粒径3-20μm的氢氧化铝，而在粘合剂中加入75-250份。估计，今后胶乳沉淀仍是氢氧化铝最大消耗者。

5.聚氯乙烯中的应用。氢氧化铝在热塑性中研究最多的领域便是聚氯乙烯。氢氧化铝可以取代碳酸钙填料非常容易参合到增塑的PVC中。有两种方法能达到高标准的阻燃性：其一是氢氧化铝和磷羧酯增塑剂并用，另一种方法是将氢氧化铝和硼酸锌并用，这些配方已应用于PVC的电线电缆料中。在硬聚氯乙烯中加入氢氧化铝主要是起消烟作用。PVC可以用ATH、MDH阻燃，高效阻燃时会用三氧化二锑协效阻燃。

6.聚乙烯，聚苯乙烯，ABS等热塑性塑料中的应用。氢氧化铝已用于阻燃装饰用钙塑板中，并取得良好的效果。但在这些热塑性中，氢氧化铝单独使用时的添加量一定要达到60%以上才能显示出一定的阻燃性，而此时塑料的抗冲击强度会严重受到影响。所以到目前为止氢氧化铝在这些热塑性塑料中的应用仍是继续研究的课题。

7.合成橡胶中的应用。在丁苯胶，氯丁胶这一类合成橡胶中氢氧化铝使一种很好的阻燃剂，如阻燃电缆护套配方：氯丁胶100份，陶土70份，碳酸钙30份，氢氧化铝100份，硼酸锌15份，三氧化二锑10份，氧化锌5份，氧化镁4份，三（2，3-二溴丙基）异氰脲酸酯5份，Na-22 0.5份，硬脂酸2份。所得到的制品氧指数达50，垂直和水平燃烧性优良。

8.ABS用ATH、MDH的不多。

3.氢氧化铝与氢氧化镁的共性和区别

氢氧化铝使用量目前居首位氢氧化镁居第二位，但是由于氢氧化镁的分解温度比氢氧化铝高出110℃-140℃因此更适合高温热塑性塑料加工。由于氢氧化镁的热分解温度要高出氢氧化铝的温度，使得添加氢氧化镁的塑料能承受更高的加工温度，有利于加快挤塑速度，缩短模塑时间。同时其分解能力比氢氧化铝高，热熔也高，有助于提高阻燃效率。还有就是粒度比氢氧化铝小，对设备的磨耗小，有利于延长加工设备的使用寿命。氢氧化镁的PH值调节，氢氧化镁作为一种碱，有中和酸的能力，但它与传统的碱比较，是一种弱碱，具有独特的缓冲能力，使用氢氧化镁作中和剂也是如此。氢氧化镁适合料浆状产品，因其具有非沉淀性，非凝聚性，较好的流动性，易于泵送和储存，使用和调节控制方便。氢氧化铝是用量最大和应用最广的无机阻燃添加剂。氢氧化铝作为阻燃剂不仅能阻燃，而且可以防止发烟、不产生滴下物、不产生有毒气体，因此，获得较广泛的应用，使用量也在逐年增加。使用范围：热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等行业。氢氧化镁作为添加型无机阻燃剂，具有热稳定性好、无毒、抑烟、高效促基材成炭的作用，且在不产生腐蚀性气体的同时还具有中和燃烧过程中产生