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氢氧化铝粉末表面改性用什么药剂好?怎样评价效果?

2021-05-18 已有864人浏览 皖燃科技

氢氧化铝粉末具有阻燃、消烟、填充等多重功能,能与磷等多种物质协同阻燃,具有良好的协同阻燃作用,是电子、化工、电缆、塑料、橡胶等行业中的重要环保阻燃剂。

氢氧化铝作为填充型无机阻燃剂,其阻燃效果需达到40%以上,甚至60%以上,但填充量过高不仅会严重影响产品的力学性能,还会使产品挤出和加工性能变差。所以必须进行表面改性。

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氢氧化铝常用的表面改性剂

1.偶联剂

偶联剂是两性结构物质,分子中的一部分可以与氢氧化铝填料表面上的各种官能团反应,形成强大的化学键合;另一部分则可以与有机高分子发生化学反应或物理缠绕,从而使氢氧化铝填料与两种性质差别较大的材料牢固地结合在一起,在塑料、橡胶等复合材料中使用偶联剂还可以改变体系的流变性能,增加氢氧化铝填料的添加量,减少复合材料中母体的用量,降低生产成本。

由含铝酸锆的低相对分子量的无机高分子在分子主链上络合两种有机配位基构成,其中一种配位基能使偶联剂具有良好的羟基稳定性,另一种配位基能使偶联剂具有良好的有机反应性,对氢氧化铝填料具有良好的改性效果。

目前已有100多种硅烷偶联剂,按其分子结构可将有机硅烷偶联剂分为α-官能团、β-官能团和γ-官能团硅烷偶联剂。伽玛射线-官能团硅烷偶联剂是最稳定的,它对热塑性和热固性的氢氧化铝进行改性处理,提高制品的强度非常显著。官能团硅烷偶联剂的稳定性介于β和γ之间,除了提高了产品的力学性能外,还使产品的电性能和防潮性能得到了提高,用氢氧化铝改性后的产品适于电线电缆工业使用。

2、优质脂肪酸及其盐

高脂脂肪酸及其盐是最早使用的矿物表面改性剂,其主要成分为硬脂酸和硬脂酸盐。脂肪酸分子的分子结构上,一端是长链烷基,另一端是羧基和金属盐,它们能与氢氧化铝表面官能团发生化学反应。超细氧化铝粉末与高级脂肪酸及其盐进行偶联剂处理,可以提高粉末与聚合物的亲和力,改善粉末的机械性能和加工性能。

3、不饱和有机酸

含有一个或多个不饱和双键和一个或多个羟基的不饱和有机酸分子。改性不饱和有机酸的碳原子数通常小于10个。不饱和有机酸主要有:丙烯酸,甲基丙烯酸,桂皮酸等。一般认为,较强的酸性更易形成离子键,故多选用丙烯酸或甲基丙烯酸。不同种类的有机酸可单独或混用,处理含碱金属离子矿物氢氧化铝粉,效果更佳。

4、有机硅

高聚物有机硅也称为硅油,是一类以硅氧键(Si-O-Si)为骨架、硅原子上接有机组分的聚合物。常用于含氢的聚甲基硅氧烷、羟基封端聚二甲基硅氧烷等。

氢氧化铝表面改性效果的评价。

A.吸油试验。

吸油性能主要是确定一定量氢氧化铝粉末在达到饱和浸润时所需的蓖麻油量,用来表征一定量氢氧化铝粉末在达到饱和浸润时所需的树脂量。氢氧化铝粉体经表面改性后,吸油率有一定程度的变化。如果使用硅烷偶联剂对超细氧化铝粉末进行改性,吸油率将降低约10%。

试验方法如下:将超细氢氧化铝粉称取干燥试样10g,放于烧杯内,用滴定管滴加蓖麻油,用玻璃棒轻轻搅拌,使样品浸润均匀成团状。对每100g氢氧化铝吸附蓖麻油的量即为超细氢氧化铝粉的吸油率进行了计算。

(2)激活指数。

活性指数是评价表面改性效果的一种指标,它以改性后浮于水面上的氢氧化铝量占氢氧化铝总量的百分率为指标。超细氢氧化铝粉末由于其表面改性剂和处理方式的不同,使得改性后的粉末有的浮在水面,有的沉入水中。

硬脂酸钠、钛酸酯等湿法改性,疏水性硅烷干法改性,超细氢氧化铝粉体可采用活化指数评价改性效果,而亲水性硅烷干法改性,超细硅烷干法改性,可将超细氢氧化铝粉体沉入水中,活化指数不能评价改性效果,是一种准确的评价方法,还是IR测试。

(3)SEM试验。

用电子显微镜对改性前后氢氧化铝粉末的形貌进行了扫描分析,通过电镜观察,改性粉末在基体中的分散程度明显优于未改性粉末。

未经改性处理的氢氧化铝在PVC基体中存在着聚集、不均匀分散,颗粒与PVC基体树脂之间存在明显的相界面,颗粒表面不能被基体树脂充分浸润,表明在超细氢氧化铝与PVC的边界面上出现了断裂。但改性氢氧化铝在PVC基体中的分散比较均匀,颗粒间仍存在着团聚现象,但改观较大,以小团聚的形式分散在复合材料中。

(4)FTIR试验。

利用FTIR和FTIR技术可以对氢氧化铝粉末表面基团的变化进行分析。

5、测定产品的性能

对改性后和未改性的氢氧化铝粉末制品进行氧指数、抗拉强度、断裂伸长率等指标测试,通过对比发现改性后制品的阻燃性和力学性能都有明显提高。