氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用
氢氧化铝复合阻燃剂阻燃PVC电缆料的性能_生瑜
( 3) 配方合理的阻燃 PVC 电缆料, 既能满足难燃 材料使用要求, 又能使力学性能基本不下降。
致谢: 本课题得到福建 南平康达 电缆有限 公司林 礼铭、张 招菊二 位 工程师的大力支持和帮助, 特在此表示衷心的感谢!
塑料阻燃 剂分为 有机阻燃 剂和 无机阻 燃剂两 大 类。有机阻燃体系通过降解产生卤化物而发挥阻燃作 用, 但它们也增大了火灾中有害气体的生成量, 造成二 次灾害。所以, 目前国外的研究开发工作主要 集中在 无机阻燃剂上。
无机阻燃剂因具有无毒、消烟、燃烧产物毒性小、 不迁移、不渗出、不污染环境、永久阻燃、成本低廉等特 点, 已成为阻燃技术发展的方向[ 2] 。
断裂伸长率 P%
604 613 612 610 606
由表 5 可见, 添加复合 阻燃剂的试样的拉伸强度 比未添加复合阻燃剂的有所下降, 断裂伸长率有所提 高, 但变化不大。
3 结论
( 1) 氢氧化铝复合阻燃剂由无机阻燃剂、无机消烟 剂、协同增效剂等无毒成分组成, 具有高效、价廉、无二 次污染、使用简便的优点, 是符合国际阻燃技术发展要 求的第二代绿色环保阻燃 产品。在 PVC 电缆料中复 合阻燃剂能够提高材料的阻燃消烟性能, 达到难燃材 料要求。
第 15 卷 第 11 期 2001 年 11 月
中国塑料
CHINA PLASTICS
Vol. 15, No. 11 No v. , 2001
助
剂
氢氧化铝复合阻燃剂阻燃 PVC 电缆料的性能
生 瑜1, 2, 朱德钦1, 兰 荣1, 章文贡1
纳米氢氧化铝阻燃剂表面改性及其在聚丙烯中的应用
纳米氢氧化铝阻燃剂表面改性及其在聚丙烯中的应用刘丽君,郭 奋,陈建峰(北京化工大学教育部超重力工程研究中心,北京100029)摘 要:对高性能阻燃剂纳米氢氧化铝进行表面改性研究,结果表明改性后的氢氧化铝比表面积增大、吸油值降低、分散性好,填充于聚丙烯后明显改善熔融现象,有较好的阻燃效果,且材料的力学性能有所提高。
关 键 词:氢氧化铝;阻燃剂;表面改性;聚丙烯中图分类号:TQ325.1+4 文献标识码:B 文章编号:1001Ο9278(2004)02Ο0074Ο04Modif ication of N ano Aluminum T rihydrate FlameR etardant and Its Application in PPL IU Li2jun,GUO Fen,CHEN Jian2feng(Research Center of The Ministry of Education for High Gravity Engineering and Technology,BeijingUniversity of Chemical Technology,Beijing100029,China)Abstract:The modification of an efficient flame retardant—nano Al(OH)3was performed.The experi2 mental results indicated that the modified Al(OH)3had a larger specific surface area,lower oil absorben2 cy and better dispersion.With the addition of Al(OH)3into PP,PP exhibited improved melt2dripping phenomena,better flame retardance and smoke suppression effects as well as better mechanical properties.K ey w ords:aluminum trihydrate;flame retardant;surface modification;polypropylene 表面改性超细氢氧化铝(A TH)阻燃剂是当前世界各国开发研究的重点课题。
氢氧化铝用途及性能
氢氧化铝用途及性能氢氧化铝的主要应用：1、用作阻燃剂氢氧化铝填料是用作塑料和有机聚合物的一种理想的，环保的，环境友好型的阻燃剂填充料。
因为氢氧化铝填料为纯白色粉末状固体，粒度可按照加工生产，无毒无害，作为填料加工后白度不易改变，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：加热、分解、起火、燃烧、蔓延。
所有阻燃剂的作用原理都是通过抑制上述的一个或是几个燃烧阶段来达到阻燃的目的的。
2、用作造纸填料氢氧化铝填料在造纸工业中主要用作表层涂料，填料以及生产不燃纸。
在国外，早在四，五十年代就开始和使用氢氧化铝填料作为涂布用颜料，而在我国还是空白。
氢氧化铝填料作为涂布颜料有许多优越性：白度高，粒度细且粒度分布均匀，呈片状品形，用它作颜料能提高涂布纸的白度，不透明度，平滑度及吸油墨性能。
用它代替二氧化钛，在不降低纸张白度及不透明度的前提下，能节约成本，提高成纸的光泽度，改善油印性能。
3、用作牙膏材料牙膏的主要用途是出去牙齿上粘附的污物，而对牙龈无损伤。
这就需要中性摩擦剂，而氢氧化铝填料所具有的轻度摩擦特性来清洁和磨光牙齿正好满足这一要求。
并且其化学惰性是其与牙膏中的其它配料相荣：再者，氢氧化铝填料具有良好的包弗性能，因此，氢氧化铝填料在药物牙膏和斯塔高档牙膏中油着广泛的应用。
4、用作化工原料因为氢氧化铝填料是一种大规模生产的，纯度很高的精炼产品，可以在强酸强碱中很快溶解。
因此氢氧化铝填料是许多种类铝盐的重要原料。
如明矾，聚合氯化铝。
在石油化工工业中，还可用于生产无林洗衣粉，催化剂载体，等各种石油化工行业。
氢氧化铝的主要性能：随着生产和科学技术的发展，人们不断对材料提出各种各样的新要求。
此时，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂等在内的高分子材料的出现逐渐满足了人们的需要，并对人类的生产生活产生了巨大的影响。
在某些特殊场所（比如宇航和潜艇等），它们甚至已经开始替代传统材料。
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。
工业氢氧化铝的作用
工业氢氧化铝的作用氢氧化铝是一种重要的工业原料，广泛应用于各个行业。
它具有多种作用和功能，下面将详细介绍氢氧化铝的作用。
1. 阻燃剂：氢氧化铝是一种优秀的阻燃剂，它能够有效地减缓火焰蔓延速度，提高材料的防火性能。
在塑料、橡胶、纺织、电子等行业中，添加适量的氢氧化铝可以使产品具备良好的阻燃性能，提高安全性。
2. 填料：氢氧化铝可作为填料广泛应用于各种材料中，如橡胶制品、塑料制品、纺织品等。
它具有良好的填充性能和增加材料强度的作用，可以改善产品的物理性能，提高产品的质量。
3. 高温材料：由于氢氧化铝具有优异的耐高温性能，因此在高温材料领域有着重要的应用。
例如，在制备陶瓷材料时，氢氧化铝可以作为陶瓷材料的主要原料，通过加热处理后形成高温稳定的氧化铝，提高陶瓷材料的耐高温性能。
4. 催化剂：氢氧化铝在催化剂领域也有着重要的作用。
它可以作为催化剂的载体，将活性组分固定在其表面，提高催化剂的稳定性和反应效率。
在化学工业领域，氢氧化铝常被用于制备各种催化剂，如催化裂化催化剂、氢化催化剂等。
5. 药物助剂：氢氧化铝作为一种无毒、无刺激性的物质，常被用作药物的助剂。
它可以作为药物的稳定剂、增稠剂和吸附剂，提高药物的稳定性和吸附性，改善药物的口感和使用体验。
6. 酸中和剂：氢氧化铝可以中和酸性物质，起到酸中和的作用。
在环境保护领域，氢氧化铝常被用于处理酸性废水和酸性废气，将酸性物质中和成中性或弱碱性，使其更易于处理和排放。
7. 糖化剂：在食品加工领域，氢氧化铝常被用作糖化剂。
它可以促进糖的分解和反应，提高糖的甜度和可溶性，改善食品的口感和质地。
氢氧化铝作为一种重要的工业原料，在各个行业中发挥着重要的作用。
它能够作为阻燃剂、填料、高温材料、催化剂、药物助剂、酸中和剂和糖化剂等，提高产品的性能和质量。
随着科技的不断进步和工业的不断发展，氢氧化铝的应用前景将更加广阔。
氢氧化铝的阻燃机理与应用研究
毕业设计（论文）氢氧化铝的阻燃机理与应用研究The flame retardant mechanism of aluminium hydroxide and applied research班级：高分子应用116学生姓名：潘凯学号：1132401619指导教师：靳玲职称：讲师导师单位：徐州工业职业技术学院论文提交日期论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。
毕业生签名：日期：徐州工业职业技术学院指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。
指导教师签名：日期：摘要近年来,聚合物材料在建筑、运输及日常生活用品等方面得到了广泛应用。
但因其易燃、发烟量大,成了火灾的直接活化剂,对人、物造成严重危害,由此带来的火灾隐患已成为全球关注的问题,因此该类材料的阻燃性已成为重要课题之一。
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。
介绍了阻燃剂氢氧化铝的性质、阻燃机理、各种生产方法和生产工艺，以及它在不同领域的应用性能,并对氢氧化铝阻燃剂的发展前景进行了分析和预测。
关键词：氢氧化铝，阻燃剂，阻燃机理，应用。
abstractIn recent years, polymer materials in construction, transport and daily necessities, etc, has been widely applied. But because of the flammable, large amount of smoke, a fire directly activator, cause serious harm to people, things, as a result of the fire hazard has become a global concern, so the flame retardancy of this materials has become one of important topic. Aluminum hydroxide is dosage and application of the most widely largest inorganic flame retardant additives. Aluminum hydroxide as a flame retardants can not only, but also can prevent smoke, do not produce drip, do not produce poisonous gas, as a result, obtains the widespread application, use also increased year by year. Use scope: thermosetting plastics and thermoplastic plastics, synthetic rubber, paint and building materials industries. Introduces the properties of aluminum hydroxide flame retardant, flame retardant mechanism, various methods of production and production process, and its application performance in different fields, and development prospects of aluminum hydroxide flame retardants are analyzed and predicted.Key words: aluminum hydroxide, flame retardant, flame retardant mechanism and applications.目录一前言..........................................................................................................................1.1概述..................................................................................................................1.2氢氧化铝阻燃意义..........................................................................................1.3我国氢氧化铝现状..........................................................................................1.4 课题研究方向................................................................................................. 二氢氧化铝的性质......................................................................................................2.1氢氧化铝的性质..............................................................................................2.2 氢氧化铝的阻燃机理 ................................................................................................三、氢氧化铝的阻燃剂的生产方法............................................................................3.1水热合成法......................................................................................................3.2尿素水解中和法...........................................................................................................3.3种分法..............................................................................................................3.4 碳粉法法.........................................................................................................3.5机械粉碎法...................................................................................................................四、氢氧化铝的改性技术 ........................................................................................................4.1表面改性..........................................................................................................4.2超细化..............................................................................................................4.3与其它阻燃剂的协调作用..............................................................................4.3.1与红磷阻燃增效作用............................................................................4.3.2与三氧化二锑阻燃增效作用................................................................4.3.3氢氧化铝与氮氧化镁复合高效阻燃剂................................................4.4高纯化............................................................................................................................ 五氢氧化铝的应用......................................................................................................5.1不饱和聚酯......................................................................................................5.2环氧树脂 ........................................................................................................................5.3塑料行业..........................................................................................................5.4合成橡胶.......................................................................................................... 六氢氧化铝的发展趋势及展望..................................................................................6.1开发高效表面处理剂......................................................................................6.2开发高性能的增效剂......................................................................................6.3ATH超细化........................................................................................................6.4ATH纤维化........................................................................................................ 七结论.......................................................................................................................... 参考文献........................................................................................................................一前言1.1概述近年来,聚合物材料在建筑、运输及日常生活用品等方面得到了广泛应用。
氢氧化铝的阻燃性质与应用研究_黄东
综 述文章编号:1003-1545(2004)03-0033-05氢氧化铝的阻燃性质与应用研究黄 东,南 海,吴 鹤(北京航空材料研究院,北京 100095)摘 要:较全面地介绍了新型阻燃剂氢氧化铝的阻燃机理、制备方法、改性技术以及它在各领域中的广泛应用现状,并对其发展趋势进行了简要的展望。
关键词:氢氧化铝;阻燃剂;性质;应用中图分类号:TQ 133.1 文献标识码:A收稿日期:2003-12-09 近年来,聚合物材料在建筑、运输及日常生活用品等方面得到了广泛应用。
但因其易燃、发烟量大,成了火灾的直接活化剂,对人、物造成严重危害,由此带来的火灾隐患已成为全球关注的问题,因此该类材料的阻燃性已成为重要课题之一。
阻燃剂可分为有机和无机两类。
无机类阻燃剂热稳定性好、不产生腐蚀性气体、不挥发、效果持久、没有毒性、价格低廉,主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锡、硼酸锌、氢氧化锆等。
其中氢氧化铝具有阻燃、消烟、填充3大功能,在化学上是惰性的、无毒、不会产生二次污染,在国内外被誉为无公害阻燃剂。
它不仅白度值高,而且有优良的色度指标,对着色的遮盖性小,从而使制品美观,色调高雅;在树脂中分散性好,加入较多时,不易发生弯曲发白现象;能与多种物质产生阻燃的协同效应,阻燃效果好;来源丰富,价格低廉,在国内外市场上其消耗量占无机阻燃剂的80%以上,占阻燃剂总量的50%以上。
因此氢氧化铝是一种应用前景广阔的阻燃剂[1]。
本文主要介绍氢氧化铝阻燃剂的阻燃机理、制备方法、改性技术及应用情况,并对其发展趋势进行简要的展望。
1 氢氧化铝的性质和阻燃机理国内外市场上作为阻燃剂用的氢氧化铝,主要是α-三水合氧化铝(ATH ),常用α-Al 2O 3·3H 2O 表示。
它是结晶或无定形的白色粉末,晶体结构是由紧密堆积的羟基离子以AB 双层的方式构成,而铝离子处于上述堆积的羟基离子之中,在所形成的八面体空隙中,有2/3的空隙被铝离子所占据,其余的空隙是空着的,这种紧密堆积的羟基离子就构成一种层状结构,相邻两层间以羟基离子所形成的氢键相连接[2]。
氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用_李学锋
助剂氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用李学锋陈绪煌周密(湖北工学院化工系,武汉430068)摘要综述了Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理、应用现状、改性技术及其发展趋势。
关键词:阻燃剂氢氧化铝应用现状发展趋势0前言高分子材料燃烧是一个很复杂的过程,现在普遍认为由热、氧、可燃材料、自由基反应4个要素组成。
从本质上讲,阻燃作用是通过减缓或阻止其中的一个或几个要素来实现的。
具体包括下列6个方面,即提高材料的热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性的保护层、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体等[1]。
一般把阻燃剂分成无机和有机两类。
无机类阻燃剂热稳定性好,不产生腐蚀性气体,不挥发、效果持久、没有毒性、价格低廉。
主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌、氧化锆、氢氧化锆等。
其中以氢氧化铝、红磷、氧化锑使用较广泛,氢氧化铝既可起填充作用又可放出结晶水起阻燃作用;红磷单独使用有一定的阻燃效果,与其它阻燃剂复配效果良好;氧化锑与卤素类并用显示较好的阻燃效果。
有机类阻燃剂分为磷系和卤系两个系列。
前者主要为磷酸酯类,它们在室温下多为液态,发烟量大,有毒性,要求被阻燃材料收稿日期:1998-06-28结构中含有大量H、O元素才可脱水形成碳化层,因而应用受到很大限制。
卤系阻燃剂包括含氯和含溴两种,从使用情况看,含溴阻燃剂使用更加普遍。
这主要是由于溴化物热分解后腐蚀性和毒性相对较小,而且少量使用即可达到与氯化物相同的阻燃效果。
卤系阻燃剂由于效果良好,目前应用广泛,但其分解产物毒性大、烟雾大、以后将会逐步被其它改性剂取代。
从世界范围来看,以无机类阻燃剂为主,并与有机阻燃剂复配,产生协同效应,起到很好的增效效果为目前发展主流[1,4~7]。
下面仅就无机阻燃剂中的氢氧化铝介绍其阻燃机理、应用现状、改性研究和发展趋势。
1Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理Al(OH)3阻燃剂即三水合氧化铝,简称ATH,占无机阻燃剂的80%以上[8~12]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
助 剂氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用李学锋 陈绪煌 周 密(湖北工学院化工系,武汉430068)摘 要综述了Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理、应用现状、改性技术及其发展趋势。
关键词:阻燃剂 氢氧化铝 应用现状 发展趋势0 前言高分子材料燃烧是一个很复杂的过程,现在普遍认为由热、氧、可燃材料、自由基反应4个要素组成。
从本质上讲,阻燃作用是通过减缓或阻止其中的一个或几个要素来实现的。
具体包括下列6个方面,即提高材料的热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性的保护层、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体等[1]。
一般把阻燃剂分成无机和有机两类。
无机类阻燃剂热稳定性好,不产生腐蚀性气体,不挥发、效果持久、没有毒性、价格低廉。
主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌、氧化锆、氢氧化锆等。
其中以氢氧化铝、红磷、氧化锑使用较广泛,氢氧化铝既可起填充作用又可放出结晶水起阻燃作用;红磷单独使用有一定的阻燃效果,与其它阻燃剂复配效果良好;氧化锑与卤素类并用显示较好的阻燃效果。
有机类阻燃剂分为磷系和卤系两个系列。
前者主要为磷酸酯类,它们在室温下多为液态,发烟量大,有毒性,要求被阻燃材料 收稿日期:1998206228结构中含有大量H、O元素才可脱水形成碳化层,因而应用受到很大限制。
卤系阻燃剂包括含氯和含溴两种,从使用情况看,含溴阻燃剂使用更加普遍。
这主要是由于溴化物热分解后腐蚀性和毒性相对较小,而且少量使用即可达到与氯化物相同的阻燃效果。
卤系阻燃剂由于效果良好,目前应用广泛,但其分解产物毒性大、烟雾大、以后将会逐步被其它改性剂取代。
从世界范围来看,以无机类阻燃剂为主,并与有机阻燃剂复配,产生协同效应,起到很好的增效效果为目前发展主流[1,4～7]。
下面仅就无机阻燃剂中的氢氧化铝介绍其阻燃机理、应用现状、改性研究和发展趋势。
1 Al(OH)3阻燃剂的阻燃机理Al(OH)3阻燃剂即三水合氧化铝,简称A TH,占无机阻燃剂的80%以上[8～12]。
在塑料中可作填料及阻燃剂,它具有阻燃、消烟、填充三个功能,不产生二次污染,又能与多种物质产生协同效应,不挥发、无毒、腐蚀小、价格低,在国外被誉称为无公害阻燃剂,应用广泛。
关于其作用机理在80年代至90年代初,国内外学者进行了较深入的探讨。
第13卷第6期1999年6月中 国 塑 料CHINA PLASTICSVol13 No6J un1999 阮金望认为:A TH在高分子材料中的阻燃机理是凝聚相抑制作用。
他们采用A TH 阻燃剂含量不同的环氧树脂,分别在N2O2N2及O22N2混合气体中测定其一氧化二氮指数及氧指数,发现所得的两条曲线相似,这一结果表明氧化剂的改变对火焰反应并不敏感,阻燃作用在凝聚相生成的保护膜对燃烧具抑制作用[13～15]。
邵长生等人认为:A TH的阻燃作用是其在200℃以上的吸热脱水作用。
他们测定了A TH样品的热失重曲线(TG A),同时还进行了A TH样品于135℃、300℃、700℃等条件下的热处理和经过300℃处理后的A TH再水合处理,并在PVC体系中考察了其氧指数的变化。
结果发现:A TH在200℃时开始分解脱水,300℃失重达25%,700℃失重达33%以上,这与A TH中水的理论含量34.6%十分接近;A TH随处理温度上升,填充体系的氧指数下降,再经水合后氧指数又增大。
这些都很好地说明了A TH的阻燃作用取决于其吸热脱水作用[16,17]。
岳名正等人通过实验分析发现,掺有A TH的高聚物在210℃时开始降解,温度升至300～350℃时,A TH便大量吸热脱水,使高聚物温升速度缓慢,降解减缓,这是A TH 阻燃的主要原因。
其次是受热分解产生的水汽冲释了氧气及可燃性气体,从而减慢燃烧速度。
此外,它还会在聚合物表面形成Al2O3保护膜,既阻挡了氧气的进入,又防止了可燃性气体的逸出,还避免了烟灰的形成,起到了较好的阻燃抑烟作用[18～21]。
随着研究进展,人们普遍认为:A TH的阻燃作用是以上几种机理协同作用的结果。
因此,A TH的阻燃机理可以归纳如下:①A TH填充,使可燃性高聚物的浓度下降;②在300～350℃脱水吸热,抑制聚合物的温升;③A TH脱水放出的水汽稀释可燃性气体和氧气的浓度,可阻止燃烧;④A TH脱水后在可燃物表面生成Al2O3,阻止继续燃烧。
2 A TH阻燃剂的应用现状美国是应用阻燃剂最大的国家。
1992年为38.6kt,到1996年增加到452.3kt,其中以Al(OH)3等无机阻燃剂为主,占50%以上[22]。
欧洲阻燃剂的消费量仅次于树脂和填充剂居第三位。
1992年为167.1kt,1996年达233.1kt,其中以Al(OH)3的消费量最大,发展较快,其占比例由32.4%升为34.3%。
日本阻燃剂消费量居世界第三位。
1992年总消费118.2kt,其中Al(OH)3为41.7kt,占总量的35.3%;1996年达180.8kt,Al(OH)3为77.5kt,占总量的42.8%[23]。
总体上看,发达国家阻燃剂消费量大,发展快,其中Al(OH)3等无机阻燃剂占很大比重,且所占份额有上升的趋势。
我国阻燃剂的研制、生产和应用起步较晚,同发达国家还有很大的差距,主要体现在产量低、品种少。
1985年产量仅1kt。
品种也仅为氯化石蜡等极少数。
但近年来我国阻燃剂工业发展较快,1993年阻燃剂产量约为100kt,1995年约为110kt,1996年全国阻燃剂的生产能力约150kt,产量130kt。
其中氯系阻燃剂(主要是氯化石蜡)产量最大,约100kt,占总产量的77%。
无机阻燃剂(包括Al(OH)3、Mg(OH)2、硼酸锌、氧化锑等)居次,为20kt,占15.4%。
其余分别为溴系阻燃剂5kt,占3.8%,磷系阻燃剂4kt,占31%,其他占0.7%[23,24]。
我国阻燃剂工业发展极不平衡,氯系阻燃剂所比例偏重,为各阻燃剂之首,其中氯化石蜡占垄断地位。
但氯系阻燃剂作用时释放181999年6月中 国 塑 料 出有毒气体,这与现代生活所追求的无毒高效存在很大差距。
因此为了顺应世界阻燃剂低烟雾、低毒性和无公害的发展趋势,我国应不断加快无机阻燃剂与磷系阻燃剂的开发应用,其中尤以Al(OH)3阻燃剂的开发、生产和应用势在必行。
3 Al(OH)3阻燃剂的改性研究Al(OH)3阻燃剂的阻燃效果很低,单独使用时添加量需要在60%以上时才具有较好的阻燃效果,但这样影响了塑料的加工性能和物理力学性能。
为此,人们常对A TH进行表面处理及与其他阻燃剂混合使用组成实用的阻燃体系,减少A TH用量,提高阻燃效果,目前A TH主要的改性方法有4种。
3.1 表面改性无机阻燃剂具有较强的极性及亲水性,同非极性聚合物材料间相容性差,界面难以形成良好的结合和粘结。
为了改善A TH与聚合物间的粘结力和界面亲和性,采用偶联剂对A TH阻燃剂进行表面处理是最为行之有效的方法之一[25,26]。
A TH常用的偶联剂是硅烷和钛酸酯类。
经硅烷处理后的A TH,阻燃效果好,能极有效提高聚酯的弯曲强度和环氧树脂的拉伸强度;经乙烯基2硅烷处理的A TH,可用于提高交联乙烯2醋酸乙烯共聚物的阻燃性、耐热性、抗湿性。
单烷基钛酸酯对粗粒Al(OH)3的偶联效果不如对细粒Al(OH)3的偶联效果良好。
钛酸酯偶联剂和硅烷偶联剂可以并用,能产生协同效应。
另外,烷基乙烯酮、异氰酸酯和含磷钛酸盐等,可作为Al(OH)3表面处理的偶联剂[8,27]。
邵长生等人通过实验认为:无论在PVC 体系还是在NBR2PVC共混体系中,A TH表面改性对填充体系的氧指数影响甚微。
A TH 表面有机化处理可以改善体系的力学性能,其中以硅烷偶联剂KH2570的效果最为显著,与未处理的A TH相比,拉伸强度可提高8%左右。
这个实验支持了一些研究者的观点,即填料的表面有机化处理能在一定程度上提高其憎水性能,从而改善了它在高聚物中的相容性和分散性,提高了填充体系的力学性能,而对其阻燃性影响不大[16,17,28,29]。
3.2 与无机阻燃剂的协同效应少量的阻燃增效剂可以显著改善A TH 填充体系的性能,如提高阻燃性、抑制滴落、改善机械性能。
与A TH起协同作用的无机阻燃剂范围很广泛,主要有3种类型。
3.2.1 金属氧化物A TH可与诸多金属氧化物产生协同作用,曾有文献报道A TH能与Ni、Zn、Mn、Zr、Sb、Fe、Ti的氧化物并用产生协同效应。
其中,Fe、Sb的氧化物对提高阻燃效率和分散性作用较为突出。
3.2.2 硼化物A TH能与硼酸铵、硼砂、偏硼酸钡等起协同作用,效果良好且应用广泛的硼酸锌(2Zn.3B2O3.3H2O),可以促进材料燃烧时碳化和具抑烟作用。
如在乙烯2醋酸乙烯共聚物(EVA)中Z B和A TH并用在500℃以上能形成坚硬的类似陶瓷的残渣,仅用A TH时无坚硬残渣生成,燃余物为脆性易落灰烬不能阻止燃烧[30]。
3.2.3 碱土金属氢氧化物碱土金属氢氧化物主要指Mg(OH)2。
A TH的分解温度为200℃,Mg(OH)2的分解温度为430℃,将两者并用可以弥补A TH 因其分解温度较低而导致材料阻燃性能下降的缺陷,并且可以使复合阻燃剂在材料氧化分解过程中一直具有较好的阻燃效果[1]。
据报道,低添加量(<30%)的Mg(OH)2对A TH阻燃有促进作用,特别是可以提高材料的碳化效果;当Mg(OH)2与A TH用量相同时,在聚丙烯中有最佳的协同效果[30,35,36]。
王志德等人通过实验发现:A TH/Mg(OH)228 氢氧化铝阻燃剂在高分子材料中的应用 二者混合使用,在235～455℃范围内均存在脱水吸热反应,可以在较宽范围内抑制高分子材料的燃烧[37]。
3.3 与含磷阻燃剂的协同效应含磷阻燃剂包括:有机磷阻燃剂(如磷酸酯、膦酸酯、含卤磷酸酯等)和无机磷阻燃剂(如磷酸盐、红磷等)等,它们对A TH都有较好的协同效应[26],尤其以无机磷阻燃剂的协同效应最为明显。
王志德等人研究发现,红磷、磷酸铵对HDPE的阻燃效果不理想。
当用A TH作阻燃剂,添加少量的含磷阻燃剂就可以大幅度提高氧指数。
他们认为含磷阻燃剂具有强烈脱水作用,促使A TH脱水结晶吸热,使阻燃体系阻燃效果增大。
含磷阻燃剂中,红磷对A TH的增效效果最为明显,但红磷颜色及吸水率影响了其作为增效剂的推广。
据了解,我国正在进行白色包覆技术的研究,可以得到A TH包覆的红磷微胶囊。
这种包覆技术克服了红磷有色易吸潮氧化的缺陷,少量添加于A TH阻燃体系中可以起到很好的增效效果[30,37～41]。
3.4 与含卤阻燃剂的协同效应卤系阻燃剂具有很强的阻燃效果,但具有可促进高分子材料在火焰下发烟的缺点。