氢氧化铝 - 的表面改性

60
mass ratio of ATH/％
ATH填充量对复合材料极性氧指数的影响
无阻燃剂
30%ATH
复合阻燃材料
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.
组成 %
性能分析结果
EVA
ATH
M-ATH
LOI
Young’s Tensile
来自百度文库
modulus/ strength/
0 72.61 98.42 99.60 99.60 99.40
吸油值 mL/100gAl(OH)3
42.05 39.10 37.08 36.10 34.60 32.80
氧化铝中有 机碳含量/%
0.03 0.16 0.36 0.70 1.73 2.26
氢氧化铝中硬 脂酸含量/%
0.04 0.21 0.47 0.91 2.25 2.95
1）化学品氧化铝性质特殊，应用越来越广泛
性质
应用领域
✓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
阻燃电缆
药用
氧化铝陶瓷
催化剂载体
……
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、
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。
改性情况 / / /
表面改性 表面改性 表面改性 表面改性、疏水 表面改性 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 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
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 /%
0 0.25 0.50 1.00 3.00 5.00
活化指数/%
30％未改性ATH
30％改性ATH
复合材料的偏光显微照片
50％改性ATH
➢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
limitied oxygen index(LOI)
32
30
28
26
24
22
20 0
10
20
30
40
50
4）阻燃用氢氧化铝微粉需求强、应用领域不断扩大
① BMC、SMC和其它挤压及模具用料 ② 工程塑料 ③ 涂料 ④ 管线原始固化(CIPP） ⑤ 泡沫绝缘材料硅橡胶 ⑥ 电线、电缆. ⑦ 粘合剂、密封剂 ⑧ 屋面卷材 ⑨ 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
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 HM932 HM632 HS432 HM532 HS432
粒度范围 75 19 14 1 2 3.5 9 5 9
性质 白色、未磨 白色、磨 白色、磨 种分产品 超细产品表面
微粉 / / /
改性剂种类 有机硅烷 有机酸合计
脂肪酸 聚合酸
市场量 % 50 50 40 10
市场价值% 90 10 6 4
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
电缆
聚氯乙烯,聚合度在500-2000之间
氢氧化铝表面存在OH键
极性物质、亲水性
低密度聚乙烯,分子量~25000
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
电缆料生产线
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。
橡胶、塑料、热塑性弹性体）
✓印刷线路板
人造大理石
牙膏
✓地毯褙乳胶泡沫和粘结剂
✓人造大理石、人造玛瑙 ✓造纸
矿用阻燃塑料
阻燃工程塑料
✓牙膏
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
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
3、产品改性技术
➢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。
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
接触角/°
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。
Mpa
Mpa
1
40
60
0
30.6
103
4.2
2
40
0
60
37.2
77
8.2
3
30
60
0
37.9
56
9.3
4
30
0
60
39.1
45
11
5
80
20
0
18.2
0.98
12.3
6
80
0
20
19.8
0.89
15.1
LOI:极限氧气指数
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