氫氧化鋁是一種重要的阻燃劑

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，有機(jī)高分子材料如，合成纖維、塑料、合成橡膠等材料具有許多金屬和無機(jī)材料不可替代的優(yōu)勢(shì)。但這些高分子材料普遍都具有易燃的缺點(diǎn)，燃燒時(shí)會(huì)伴有大量的熱和有毒或腐蝕性氣體產(chǎn)生，不利于人身安全并且污染環(huán)境，因此，提高有機(jī)高分子材料的阻燃性已成為全球研究的重點(diǎn)，于此同時(shí)，人們對(duì)有機(jī)高分子材料提出了更高的要求，綠色、無毒、無煙、無腐蝕的高分子材料已成為目前各國研究者的熱點(diǎn)問題。

因具有優(yōu)異的阻燃、填充、抑煙三大功能，且無毒性和無腐蝕性，可以與其它阻燃劑產(chǎn)生協(xié)同阻燃效應(yīng)等特點(diǎn)，氫氧化鋁已成為最主要的無機(jī)阻燃劑，被應(yīng)用到各種材料，各種領(lǐng)域。

為什么要進(jìn)行表面改性

氫氧化鋁作為阻燃劑，其添加量往往是復(fù)合材料總量的一半以上才能有明顯的阻燃效果，而且它是一種無機(jī)材料，與有機(jī)高聚物在物理和化學(xué)形態(tài)上有很大的不同，二者的親和性很差，將氫氧化鋁直接填充，粒徑不均勻會(huì)形成應(yīng)力集合點(diǎn)，造成復(fù)合材料界面缺陷的問題，當(dāng)添加量較大時(shí)會(huì)影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，納米化、超細(xì)化氫氧化鋁的粒度是解決此問題的有效途徑，可改善其在高聚物中添加量過大的問題。

但同時(shí)它又是一種極性無機(jī)材料，具有疏水親油的特性，與有機(jī)高聚物的相容性較差，超細(xì)化后其粒度較小，表面能較高，容易產(chǎn)生粒子團(tuán)聚的現(xiàn)象，影響其在復(fù)合材料中的分散性。為此，可采用表面活性劑處理或偶聯(lián)劑改性等方式對(duì)其進(jìn)行表面改性處理，以獲得的有機(jī)高聚物復(fù)合材料兼具阻燃性能好和力學(xué)性能優(yōu)的特點(diǎn)。

改性機(jī)理

氫氧化鋁的表面改性是指在其表面吸附或者包覆另外一種或者多種物質(zhì)，形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合體。其表面改性主要表現(xiàn)為有機(jī)改性，改性方式可分為兩類，其中物理法是指使用表面活性劑如高級(jí)脂肪酸、醇、胺、酯等表面包覆處理，以增加顆粒間距，阻礙顆粒間的團(tuán)聚，同時(shí)提高氫氧化鋁與有機(jī)高分子之間的親和力，增加阻燃性能，改善加工工藝，并進(jìn)一步提高有機(jī)高聚物的抗沖擊能力�；瘜W(xué)法則是指利用偶聯(lián)劑對(duì)氫氧化鋁進(jìn)行表面改性，通過其分子的基團(tuán)與改性粉體表面發(fā)生反應(yīng)形成化學(xué)鍵，而達(dá)到改性的效果，由于偶聯(lián)劑分子對(duì)有機(jī)物具有親和性，可以與有機(jī)高分子發(fā)生反應(yīng)，使其與有機(jī)高聚物緊密結(jié)合在一起，進(jìn)而改善復(fù)合材料的性能。

怎樣進(jìn)行表面改性

1、表面改性劑

（1）表面活性劑

常見的此種改性劑有：十二烷基苯磺酸鈉、硬脂酸鈉及硅油等。其改性機(jī)理是其分子一端的極性基團(tuán)與無機(jī)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或者物理吸附，包覆在其表面，而分子的另一端是長鏈烷基因與聚合物具有相似的結(jié)構(gòu)而有極強(qiáng)的相容性。

（2）偶聯(lián)劑

偶聯(lián)劑的改性機(jī)理是其分子中的一部分官能團(tuán)與超細(xì)無機(jī)材料以化學(xué)的方式相結(jié)合。另外部分碳鏈以物理或化學(xué)的方式與高分子材料結(jié)合，而使無機(jī)材料與有機(jī)高分子材料緊密連接起來，常見的偶聯(lián)劑有如下幾種：

硅烷偶聯(lián)劑可用通式Y(jié)-R-Si-X3來表示，式中，X是可進(jìn)行水解反應(yīng)并且生成硅羥基（-OH）的基團(tuán)，Y是可與有機(jī)聚合物反應(yīng)的基團(tuán)，R為碳鍵，且可把Y與Si連接起來。其改性機(jī)理是形成微膠囊把氫氧化鋁包覆起來，可適用于極性較小的聚烯烴基質(zhì)。

鈦酸酯偶聯(lián)劑可分為四類分別是：單烷氧基型、螯合型、焦磷型和配位型，可用通式(RO)MTi-(OX-R1-Y)N來表示，其中(RO)M代表與無機(jī)填料和顏料偶聯(lián)的基團(tuán)，1≤M≤4；N為非水解基團(tuán)數(shù)，M+N≤6；X代表聯(lián)結(jié)鈦中心的基團(tuán)，一般為N、S、C、P等元素；R1為長鏈烷烴基；Y為氨基、羥基、雙鏈和環(huán)氧基等反應(yīng)基團(tuán)。

鋁酸酯偶聯(lián)劑，一種可用通式為(RO)X-AL(-Dn)-(OCOR1)m來表示的新型偶聯(lián)劑，式中，RO表示與無機(jī)粉體作用的基團(tuán)；Dn表示配位基團(tuán)，如O、N等；COR1為與有機(jī)高聚物作用的基團(tuán)。

硬脂酸，其結(jié)構(gòu)式可表示為CH3(CH2)16COOH，其分子的兩端分別是烴基和長鏈烷基。因其使用方便，資本較低的特點(diǎn)被廣泛使用。

2、改性方法

目前，主要以干法改性和濕法改性的方式對(duì)其進(jìn)行表面改性。干法改性其特點(diǎn)是將粉體原料和改性劑或分散劑放入特定設(shè)備，調(diào)節(jié)合適的轉(zhuǎn)速進(jìn)行攪拌混合，而使改性劑包覆于氫氧化鋁粉體表面的方法，此方法適合大批量生產(chǎn)。濕法改性是指將改性劑加入提前配好的具有一定液固比的氫氧化鋁漿料中，在一定溫度下充分?jǐn)嚢璺稚⑦M(jìn)行改性的方法。此方法的特點(diǎn)是操作復(fù)雜，但表面包覆均勻，改性效果較好。

參考來源：

智艷.超細(xì)氫氧化鋁制備及其表面改性的研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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