對(duì)于高分子材料來(lái)說(shuō)，添加阻燃劑是最有效的阻燃處理方式之一。其中氫氧化鋁粉體原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，還具有阻燃、消煙、填充等多重功能，能與磷等多種物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同阻燃效應(yīng)，是電子、化工、電纜、塑料、橡膠等行業(yè)中最重要的環(huán)保型阻燃劑之一。其阻燃原理如下：

①吸熱作用。火災(zāi)時(shí)可脫水吸熱，抑制聚合物的溫升;

②稀釋作用。Al(OH)3填充，使可燃性高聚物的濃度下降。Al(OH)3脫水放出的水汽稀釋可燃性氣體和氧氣的濃度，可阻止燃燒;

③覆蓋作用。Al(OH)3脫水后在可燃物表面生成Al2O3保護(hù)膜，隔絕氧氣，可阻止繼續(xù)燃燒;

④碳化作用。阻燃劑在燃燒條件下產(chǎn)生強(qiáng)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。

另外，氫氧化鋁應(yīng)用于塑料還可以提高材料的抗紫外線能力、介電性能及耐電弧性等特性，以及改善材料成型收縮的可控性，可謂是有機(jī)材料界的“十全大補(bǔ)丸”。就這么看上去氫氧化鋁似乎已經(jīng)無(wú)敵了，可以在高分子界橫著走了?實(shí)則不然。

氫氧化鋁

事實(shí)上，由于氫氧化鋁的分解溫度較低(180~200℃就開始分解)，在與有機(jī)高分子材料混煉加工時(shí)易受熱分解產(chǎn)生氣泡，影響制品的機(jī)械性能和外觀等，因此用作阻燃劑時(shí)通常只適合應(yīng)用在加工溫度較低的材料中，限制了氫氧化鋁的使用范圍。另外，加工溫度低還會(huì)影響擠塑設(shè)備的生產(chǎn)效率及制品的表面光滑度。

因此，為了改善氫氧化鋁阻燃劑與有機(jī)高分子材料問(wèn)的加工性能，人們研究開發(fā)了許多方法來(lái)提高氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性，主要可分為偶聯(lián)劑改性、水熱轉(zhuǎn)相、表面部分脫水、高純化和超細(xì)化以及表面包覆改性等。

1.偶聯(lián)劑改性

采用硅烷或鈦酸酯偶聯(lián)劑對(duì)氫氧化鋁表面進(jìn)行改性，當(dāng)偶聯(lián)劑的用量較高時(shí)，可以提高氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性，但由于偶聯(lián)劑價(jià)格昂貴，此工藝生產(chǎn)成本高，而且改性后產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性增加不顯著。

2.水熱轉(zhuǎn)相

與三水鋁石型氫氧化鋁相比，一水軟鋁石具有較高的分解溫度，因此通過(guò)水熱處理，使氫氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石可以大幅度地提高氧化鋁水合物的熱穩(wěn)定性。馬淑花等將制備的超細(xì)氫氧化鋁在水熱環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)改性，使大部分氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為一水軟鋁石，改性后物質(zhì)的初始熱分解溫度可達(dá)到340℃，但水熱反應(yīng)對(duì)設(shè)備要求高，而且一水軟鋁石分解吸熱值遠(yuǎn)小于三水鋁石分解熱，從而降低了氫氧化鋁的阻燃性能。

3.表面部分脫水

N.Brown等發(fā)明了一種提高氫氧化鋁熱穩(wěn)定性的專利技術(shù)，通過(guò)將氫氧化鋁進(jìn)行加熱處理，使氫氧化鋁表面受熱后脫除部分結(jié)合水，熱處理后氧化鋁水合物的結(jié)合水表觀分子數(shù)由3降低到1.8~2.9，使部分氧化鋁水合物由三水鋁石型轉(zhuǎn)變?yōu)椴肥徒Y(jié)構(gòu)，從而提高氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性。經(jīng)此法處理的氫氧化鋁可用作需承受較高加工溫度的印刷電路板阻燃劑。

不過(guò)通過(guò)加熱使氫氧化鋁表面部分三水鋁石脫水轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石，雖可提高氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性，但在生產(chǎn)過(guò)程中脫水程度不易控制，另外氫氧化鋁脫除部分結(jié)晶水后，其阻燃性能也有所下降，吸油率也會(huì)升高。

4.高純化和超細(xì)化

氫氧化鋁的超微細(xì)化與高純化，即通過(guò)超微細(xì)化增加氫氧化鋁的表面積，增強(qiáng)阻燃效果，同時(shí)提高材料制品的力學(xué)和耐熱性能;高純化特別是降低粉體中氧化鈉等雜質(zhì)的含量，同樣可提高阻燃劑的熱穩(wěn)定性，研究表明：將Al(OH)3中的Na2O雜質(zhì)含量降低到0.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以下，其初始熱分解溫度可提高至240℃左右。不過(guò)，超細(xì)化及高純化雖然可以有效提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性，但利用鋁酸鈉溶液分解工藝生產(chǎn)低鈉超細(xì)氫氧化鋁難度大，工藝復(fù)雜，并將大大增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

5.表面包覆改性

對(duì)氫氧化鋁表面包覆改性處理，使其表面覆蓋一層或多層熱穩(wěn)定性較好的化合物，也可有效地提高氫氧化鋁的初始熱分解溫度。如氫氧化鎂就是一種性能優(yōu)良、極具發(fā)展前景的環(huán)境友好型無(wú)機(jī)阻燃劑，其分解范圍為340~490℃，將兩者復(fù)合可以彌補(bǔ)氫氧化鋁分解溫度較低而導(dǎo)致材料加工性能不佳的缺陷，并且可以使復(fù)合阻燃劑在材料氧化分解過(guò)程中一直具有較好的阻燃效果。氫氧化鎂包覆氫氧化鋁后，在235~455℃范圍內(nèi)均存在脫水吸熱反應(yīng)，可在較寬的溫度范圍內(nèi)抑制高分子材料的燃燒。

資料來(lái)源：

超細(xì)氫氧化鋁的制備及提高其熱穩(wěn)定性技術(shù)研究，王建立。