氢氧化铝阻燃剂的市场需求与应用

一、氢氧化铝阻燃剂的市场需求状况

全球领先的大型ATH厂商依次为Alcoa、Huber、Alcan，这3家公司年销售额各为3300万美元，各占ATH市场总份额的15%。紧随这3家之后的是Albemarle公司(含Martinswerk)，年销售额约为2200万美元，占市场份额略高于10%。其次还有AluChem和Nabaltec，各占市场份额的7%～8%；日本的昭和电工(Showa Denko)和住友(Sumitomo)各占市场份额的5%(年销售额约1100万美元)。

2002年全球氢氧化铝产量约占全球阻燃剂总产量的40%，全球氢氧化铝销售额为2.6亿美元，约占阻燃剂销售额23亿美元的11%。全球氢氧化铝平均年增长率为5%，比全部阻燃剂年均增长率还稍微高一些。2005年底的研究报告显示，未来5年全球市场阻燃剂需求将以年均4.8%的速度增长，到2009年需求量将达到220万吨。BBC发布的最新技术市场研究报告显示，预计2010年全球市场阻燃剂需求量将达到154万吨，销售额将达到46亿美元。而氢氧化铝的需求量预计将超过60万吨。目前国外已大量使用无机阻燃剂，无机阻燃剂以氢氧化铝和氢氧化镁为主，美国、日本、西欧无机阻燃剂消费量分别占阻燃剂总消费量的60％、64％、50％。而我国阻燃剂研究起步较晚，虽已取得了的发展，但是与先进国家比起来，在产量和品种结构上都还有一定的差距。无卤、高效、低烟、低毒新型阻燃剂是当今阻燃剂的发展方向。氢氧化铝的超细化、发展高性能的增效剂、开发高效的表面处理剂是氢氧化铝阻燃剂的发展方向[18]。

二、氢氧化铝阻燃剂的应用

ATH的用途极其广泛，它不仅用于阻燃，也用于消烟和减少材料的腐蚀性气体的生成量；不仅可单独使用，也常与其它阻燃剂并用。对于加工温度低于ATH分解温度（190～230 ℃）的聚合物来说，ATH是一种优良的阻燃材料，用于弹性体、热固性树脂及热塑性塑料等，也大量用于生产阻燃地毯的苯乙烯－丁二烯胶乳中，用于生产阻燃绝缘橡胶电缆、保温泡沫塑料、传送皮带、屋顶天棚及软管中。用于盥洗室器具、装饰墙体、各种套罩、汽车防护罩、坐具、卡车零部件等，以及电子元件包括绝缘体及线路板，建筑施工用具等。纳米氢氧化铝还能应用于工程塑料（航空材料、军用舰艇等）中。

目前，ATH常用作填料型阻燃剂，用于阻燃EVA、LDPE、LLDPE电缆料（包覆层及绝缘层）[19]，也用于阻燃PP和很多热固性高聚物（如不饱和聚酯、环氧树脂等）。在ATH在添加量40%时，可显著减缓PE、PP、PVC及ABS（丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物）等的热分解温度，具有良好的阻燃及抑烟效果。添加50%氢氧化铝的聚烯烃，在日本主要用于食品包装材料，添加60%氢氧化铝的阻燃聚烯烃可用作建筑材料及汽车、船舶的内部装饰材料。（一）在硬聚氯乙烯塑料制品中的应用

随着建材工业的发展，硬聚氯乙烯(PVC)塑料制品(线槽、管材、门窗等异型材)得到了广泛的应用，成为国民经济和日常生活中必不可少的一种材料。但是，它燃烧时会产生大量烟雾，分解有毒和腐蚀性气体，令人窒息，是火灾时人员死亡的主要原因。把ATH应用于PVC后有效的克服了上述缺点。

超微细水合氧化铝能提高PVC塑料的氧指数，经偶联剂表面处理过的ATH还能显著降低塑料的烟密度，而且材料的机械性能影响很小，在用量20～30份范围内，是一种优良的阻燃、消烟剂，具有广泛应用前景[20]。

（二）在聚丙烯中的应用

(1)ATH在聚丙烯(PP)中具有明显的阻燃和消烟作用，随着ATH用量的增加，其氧指数呈直线上升，而燃烧速度和发烟量明显下降。

(2)ATH粒径愈小阻燃性愈好，对机械性能的不良作用愈小。

(3)采用有效的活化剂对ATH进行表面处理是ATH在聚丙烯中应用的不可缺少的一环。经活化处理的ATH对PP的阻燃性和机械性能的影响明显小于未经活化处理的ATH。

(4)ATH可和磷系、卤系阻燃剂并用，提高阻燃性能[21]。

（三）在对苯二甲酸丁二醇酯中的应用

对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工程塑料是一种新型民用及工业用材料，主要应用于电子、电气、机械、汽车等领域。

(1)采用纳米ATH作为阻燃剂应用于PBT树脂中。

(2)随纳米ATH用量的增加，PBT复合体系的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率先增加后降低，即纳米ATH添加量较少时对复合体系具有增韧增强的作用。

(3)对于PBT体系,纳米ATH具有抑制聚合物分解，促进成炭的作用，有较好的阻燃作用。为了更好地发挥纳米ATH的阻燃作用，最好选用合适的协效剂，以抑制其分解产物的负面效应[22]。

（四）在聚乙烯中的应用

聚乙烯(PE)是一种质轻无毒、具有优良电绝缘性能和耐化学腐蚀的热塑性材料，应用面广。但由于PE树脂呈非极性，与添加量大的无机阻燃剂ATH的相容性较差，简单共混虽可以提高某一方面的性能，但体系力学性能下降太多，不能满足实际应用的需要。针对上述的不足，可对ATH进行改性与处理。

(1)添加阻燃增效剂。这种方法可以提高阻燃能力，减少阻燃剂的用量，能有效抑制材料燃烧时的滴落现象，而且其和ATH有协同效应，起到改善材料力学性能的作用。阻燃增效剂有：有机硅化合物、红磷及磷化合物、硼酸锌、金属氧化物等。

(2)改善ATH阻燃剂与树脂基体的相容性。方法是用偶联剂或表面活性剂等对无机颗粒进行处理或对基体树脂进行接枝处理[23]。

（五）ATH作为造纸填料的应用

ATH作为特种无机填料，在欧美等造纸工业发达国家早已被广泛用于特种纸及高品质涂布加工纸张中，如装饰原纸、墙纸原纸、高级食品包装用纸、烟草用纸、彩喷纸等产品中，ATH 的加入可以提高纸张的平滑度、光泽度、亮度等指标，改善纸张的印刷性能，并降低生产成本，效果明显。同时，ATH作为一种新型的环保型阻燃填料，在赋予纸张优异的阻燃性能的同时，不会产生新的有毒物质，不影响印刷性能等质量指标，使用方便，是名副其实的环保型纸用阻燃剂。我国现已成功引进了德国公司生产的ATH系列产品，并己推广应用于装饰原纸、彩喷纸、高品质涂布纸等纸种中。

（六）ATH在防火涂料中的应用

ATH用于防火涂料中也主要起阻燃和消烟作用，在受火甚至在持续的火焰作用下，不会分解成为气体化合物而烧失，它的稳定性高，可以起到经久耐燃的作用，从而使防火涂料具有高效隔热防火性能。氢氧化铝虽然价廉、易得，并能起到减少毒气和烟雾的作用，但同有机类阻燃剂相比，要达到同样阻燃效果，需要添加的量较大，这样往往会影响涂料的其它物理力学性能。因此用它作阻燃剂时，一般不单独使用，多与其它类型阻燃剂配合使用。氢氧化铝白度高、粒径较细、折射率较低，经表面处理可由亲水性变成亲油性，增强与树脂的亲和力，亦可作为防火涂料的体质颜料使用，这样就能得到价格便宜、性能较好的防火涂料[24]。（七）ATH在阻燃氯丁护套中的应用

电线电缆等包裹阻燃氯丁护套，应用十分广泛。将ATH应用于阻燃氯丁胶中，物理机械性能、阻燃性能、工艺性能良好。而且该ATH体系的成本与使用以往的十溴联苯醚等阻燃剂的体系相比较，材料成本有明显降低，电缆燃烧时的毒性大幅度下降，该项目的实施具有良好的经济效益和社会效益[9]。

当今世界环保要求越来越高，环保型阻燃剂的开发和使用受到各国重视，氢氧化铝阻燃剂就是其中之一。氢氧化铝阻燃剂以价廉、无毒、无卤、抑烟、不挥发、不被水影响、燃烧时不产生有毒气体和腐蚀性气体等优点而受到人们的青睐。有关的研究、开发、生产活动十分活

跃，应用领域不断拓展，需求量不断增加。

但氢氧化铝阻燃剂也存在一些不足之处，如在树脂中的添加量大，因而对加工工艺及最后产品的性能有较严重的影响等，未来改进氢氧化铝阻燃剂性能的研究将集中于下述几个方面：（1）ATH的超细化，增加表面积，增强阻燃效果，降低阻燃剂的用量，同时提高材料的力学性能和耐热性能。

（2）开发高效表面处理剂，增强与有机高分材料相容性，提高阻燃性能，减小对材料物理机械性能的影响。

（3）研究开发高性能的阻燃协效剂，改善ATH填充体系的性能，如提高阻燃性、抑制滴落、改善机械性能等。