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氫氧化鋁憑什么是優(yōu)秀無機阻燃劑填料?

2021-01-21 已有2077人瀏覽 皖燃科技

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(yīng)用。但它的缺點同樣突出,具有腐蝕性,燃燒時產(chǎn)生煙霧,同時伴有毒氣產(chǎn)生。
而無機阻燃劑具有熱穩(wěn)定性相對較好,不產(chǎn)生腐蝕性氣體及毒氣,對環(huán)境的影響較小。相比于有機阻燃劑,無機阻燃劑更加符合環(huán)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(yīng)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(jīng)過表面改性的超細(xì)氫氧化鋁,還可以提高材料的力學(xué)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(nèi)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(tài)下是一種白色粉末,物理性質(zhì)和化學(xué)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,耐熱,不吸潮,粒度可按需要加工生產(chǎn),無毒無害,熟化時白度不變,在受熱時反應(yīng)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(fù)雜,由以下幾種機理相互協(xié)同組成:
1)反應(yīng)吸熱
上面我們講到,氫氧化鋁受熱反應(yīng)生成氧化鋁和水,這個反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng),反應(yīng)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(yīng)放出的水蒸氣還沖淡了可燃?xì)怏w和氧氣,還會參加冷凝相的反應(yīng)。
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(dǎo)致單位體積內(nèi)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(yīng)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(chǎn)生強烈脫水性物質(zhì),使塑料碳化而不易產(chǎn)生可燃性揮發(fā)物,從而阻止火焰蔓延。


3、氫氧化鋁做為阻燃劑的優(yōu)勢
1)反應(yīng)過程吸熱降溫作用突出
氫氧化鋁中的結(jié)晶水含量高達(dá)34.46%,當(dāng)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(dāng)其化為水蒸氣時需從周圍吸取大量熱能。氫氧化鎂也含結(jié)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(huán)保安全,不會產(chǎn)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(zhǔn)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(xì)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(jìn)一步增強界面的相互作用,改善聚合物的力學(xué)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(jìn)行改性,以達(dá)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(jìn)一步增強橡膠、塑料等制品的抗沖擊能力。
4)偶聯(lián)劑表面處理
用偶聯(lián)劑對氫氧化鋁進(jìn)行表面改性是利用偶聯(lián)劑分子的基團(tuán)可以與氫氧化鋁的表面發(fā)生羥基反應(yīng),形成化學(xué)鍵合,而偶聯(lián)劑分子的另一端則有親有機物性質(zhì),可以與有機高分子發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)或機械纏繞,從而把氫氧化鋁與聚合物這兩種性質(zhì)完全不同的材料牢固結(jié)合在一起,即借助偶聯(lián)劑在氫氧化鋁表面形成分子橋把性質(zhì)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(xié)同作用
單種阻燃劑發(fā)生增效作用是有限的,因而常常是把多種阻燃劑復(fù)配在一起,使它們相互增效,取長補短,達(dá)到降低阻燃劑的用量,提高材料阻燃性能、加工性能和力學(xué)性能的目的。
參考資料:
[1]王慶偉等.超細(xì)氫氧化鋁阻燃劑的制備、應(yīng)用及展望.
[2]武福運等.多品種氫氧化鋁的應(yīng)用及生產(chǎn).礦產(chǎn)保護(hù)與利用
[3]黃東等.氫氧化鋁的阻燃性質(zhì)與應(yīng)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(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望.唐山師范學(xué)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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