氫氧化鋁阻燃劑的應(yīng)用

ATH的用途極其廣泛,它不僅用于阻燃,也用于消煙和減少材料的腐蝕性氣體的生成量;不僅可單獨(dú)使用,也常與其它阻燃劑并用。對于加工溫度低于ATH分解溫度(190~230 ℃)的聚合物來說,ATH是一種優(yōu)良的阻燃材料,用于彈性體、熱固性樹脂及熱塑性塑料等,也大量用于生產(chǎn)阻燃地毯的苯乙烯-丁二烯膠乳中,用于生產(chǎn)阻燃絕緣橡膠電纜、保溫泡沫塑料、傳送皮帶、屋頂天棚及軟管中。用于盥洗室器具、裝飾墻體、各種套罩、汽車防護(hù)罩、坐具、卡車零部件等,以及電子元件包括絕緣體及線路板,建筑施工用具等。納米氫氧化鋁還能應(yīng)用于工程塑料(航空材料、軍用艦艇等)中。
目前,ATH常用作填料型阻燃劑,用于阻燃EVA、LDPE、LLDPE電纜料(包覆層及絕緣層)[19],也用于阻燃PP和很多熱固性高聚物(如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等)。在ATH在添加量40%時,可顯著減緩PE、PP、PVC及ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物)等的熱分解溫度,具有良好的阻燃及抑煙效果。添加50%氫氧化鋁的聚烯烴,在日本主要用于食品包裝材料,添加60%氫氧化鋁的阻燃聚烯烴可用作建筑材料及汽車、船舶的內(nèi)部裝飾材料。
(一)在硬聚氯乙烯塑料制品中的應(yīng)用
隨著建材工業(yè)的發(fā)展,硬聚氯乙烯(PVC)塑料制品(線槽、管材、門窗等異型材)得到了廣泛的應(yīng)用,成為國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中必不可少的一種材料。但是,它燃燒時會產(chǎn)生大量煙霧,分解有毒和腐蝕性氣體,令人窒息,是火災(zāi)時人員死亡的主要原因。把ATH應(yīng)用于PVC后有效的克服了上述缺點(diǎn)。超微細(xì)水合氧化鋁能提高PVC塑料的氧指數(shù),經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理過的ATH還能顯著降低塑料的煙密度,而且材料的機(jī)械性能影響很小,在用量20~30份范圍內(nèi),是一種優(yōu)良的阻燃、消煙劑,具有廣泛應(yīng)用前景。
(二)在聚丙烯中的應(yīng)用
1.ATH在聚丙烯(PP)中具有明顯的阻燃和消煙作用,隨著ATH用量的增加,其氧指數(shù)呈直線上升,而燃燒速度和發(fā)煙量明顯下降。
2.ATH粒徑愈小阻燃性愈好,對機(jī)械性能的不良作用愈小。
3.采用有效的活化劑對ATH進(jìn)行表面處理是ATH在聚丙烯中應(yīng)用的不可缺少的一環(huán)。經(jīng)活化處理的ATH對PP的阻燃性和機(jī)械性能的影響明顯小于未經(jīng)活化處理的ATH。
4.ATH可和磷系、鹵系阻燃劑并用,提高阻燃性能。
(三)在對苯二甲酸丁二醇酯中的應(yīng)用
對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工程塑料是一種新型民用及工業(yè)用材料,主要應(yīng)用于電子、電氣、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域。
1.采用納米ATH作為阻燃劑應(yīng)用于PBT樹脂中。
2.隨納米ATH用量的增加,PBT復(fù)合體系的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長率先增加后降低,即納米ATH添加量較少時對復(fù)合體系具有增韌增強(qiáng)的作用。
3.對于PBT體系,納米ATH具有抑制聚合物分解,促進(jìn)成炭的作用,有較好的阻燃作用。為了更好地發(fā)揮納米ATH的阻燃作用,最好選用合適的協(xié)效劑,以抑制其分解產(chǎn)物的負(fù)面效應(yīng)。
(四)在聚乙烯中的應(yīng)用
1.聚乙烯(PE)是一種質(zhì)輕無毒、具有優(yōu)良電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕的熱塑性材料,應(yīng)用面廣。但由于PE樹脂呈非極性,與添加量大的無機(jī)阻燃劑ATH的相容性較差,簡單共混雖可以提高某一方面的性能,但體系力學(xué)性能下降太多,不能滿足實際應(yīng)用的需要。針對上述的不足,可對ATH進(jìn)行改性與處理。
2.改善ATH阻燃劑與樹脂基體的相容性。方法是用偶聯(lián)劑或表面活性劑等對無機(jī)顆粒進(jìn)行處理或?qū)w樹脂進(jìn)行接枝處理。
(五)ATH作為造紙?zhí)盍系膽?yīng)用
ATH作為特種無機(jī)填料,在歐美等造紙工業(yè)發(fā)達(dá)國家早已被廣泛用于特種紙及高品質(zhì)涂布加工紙張中,如裝飾原紙、墻紙原紙、高級食品包裝用紙、煙草用紙、彩噴紙等產(chǎn)品中,ATH的加入可以提高紙張的平滑度、光澤度、亮度等指標(biāo),改善紙張的印刷性能,并降低生產(chǎn)成本,效果明顯。同時,ATH作為一種新型的環(huán)保型阻燃填料,在賦予紙張優(yōu)異的阻燃性能的同時,不會產(chǎn)生新的有毒物質(zhì),不影響印刷性能等質(zhì)量指標(biāo),使用方便,是名副其實的環(huán)保型紙用阻燃劑。我國現(xiàn)已成功引進(jìn)了德國公司生產(chǎn)的ATH系列產(chǎn)品,并己推廣應(yīng)用于裝飾原紙、彩噴紙、高品質(zhì)涂布紙等紙種中。
(六)ATH在防火涂料中的應(yīng)用
ATH用于防火涂料中也主要起阻燃和消煙作用,在受火甚至在持續(xù)的火焰作用下,不會分解成為氣體化合物而燒失,它的穩(wěn)定性高,可以起到經(jīng)久耐燃的作用,從而使防火涂料具有高效隔熱防火性能。氫氧化鋁雖然價廉、易得,并能起到減少毒氣和煙霧的作用,但同有機(jī)類阻燃劑相比,要達(dá)到同樣阻燃效果,需要添加的量較大,這樣往往會影響涂料的其它物理力學(xué)性能。因此用它作阻燃劑時,一般不單獨(dú)使用,多與其它類型阻燃劑配合使用。氫氧化鋁白度高、粒徑較細(xì)、折射率較低,經(jīng)表面處理可由親水性變成親油性,增強(qiáng)與樹脂的親和力,亦可作為防火涂料的體質(zhì)顏料使用,這樣就能得到價格便宜、性能較好的防火涂料。
(七)ATH在阻燃氯丁護(hù)套中的應(yīng)用
電線電纜等包裹阻燃氯丁護(hù)套,應(yīng)用十分廣泛。將ATH應(yīng)用于阻燃氯丁膠中,物理機(jī)械性能、阻燃性能、工藝性能良好。而且該ATH體系的成本與使用以往的十溴聯(lián)苯醚等阻燃劑的體系相比較,材料成本有明顯降低,電纜燃燒時的毒性大幅度下降,該項目的實施具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
當(dāng)今世界環(huán)保要求越來越高,環(huán)保型阻燃劑的開發(fā)和使用受到各國重視,氫氧化鋁阻燃劑就是其中之一。氫氧化鋁阻燃劑以價廉、無毒、無鹵、抑煙、不揮發(fā)、不被水影響、燃燒時不產(chǎn)生有毒氣體和腐蝕性氣體等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。有關(guān)的研究、開發(fā)、生產(chǎn)活動十分活
但氫氧化鋁阻燃劑也存在一些不足之處,如在樹脂中的添加量大,因而對加工工藝及最后產(chǎn)品的性能有較嚴(yán)重的影響等,未來改進(jìn)氫氧化鋁阻燃劑性能的研究將集中于下述幾個方面:
1.ATH的超細(xì)化,增加表面積,增強(qiáng)阻燃效果,降低阻燃劑的用量,同時提高材料的力學(xué)性能和耐熱性能。
2.開發(fā)高效表面處理劑,增強(qiáng)與有機(jī)高分材料相容性,提高阻燃性能,減小對材料物理機(jī)械性能的影響。
3.研究開發(fā)高性能的阻燃協(xié)效劑,改善ATH填充體系的性能,如提高阻燃性、抑制滴落、改善機(jī)械性能等。