氢氧化铝的阻燃研究

氢氧化铝的阻燃研究近年来,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（VK-LA50,VK-
LA100）、氢氧化镁(VK-MHT01)、红磷、氧化锑、氧化锡、硼酸锌、氢氧化锆(VK-RH30)等。其中氢氧化铝（VK-LA5
0,VK-LA100）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50%以上。氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）的性质：氢氧化铝（Aluminiumh
ydroxide），化学式Al(OH)3，是铝的氢氧化物。氢氧化铝既能与酸反应生成盐和水又能与强碱反应生成盐和水，因此也是一种两性
氢氧化物。化学式Al(OH)3，是铝的氢氧化物。由于又显一定的酸性，所以又可称之为铝酸（H3AlO3）。但实际与碱反应时生成的是四
羟基合铝酸盐（[Al(OH)4]-）。因此通常在把它视作一水合偏铝酸（HAlO2·H2O），按用途分为工业级和医药级两种。氢氧化铝
受热分解成Al2O3和水,反应如下:2α2Al2O3·3H2O→Al2O3+3H2O。在240～500℃范围
内测得的数据表明,本反应的吸热量为1967.2kJ/kg,吸收这样大的热量是使其具有阻燃作用的最主要原因。氢氧化铝受热
脱水和相变非常复杂,根据差热曲线上有3个吸热峰可推断,其结晶水的失去分3个阶段进行。第1个吸热峰在230℃左右
,相当于α2三水合氧化铝转化为α2氧化铝单水合物,即α2Al2O3·3H2O→α2Al2O3·H2O+2H2O。第2
个吸热峰在300℃左右,相当于α2三水合氧化铝分解为Χ2Al2O3,即α2Al2O3·3H2O→Χ2Al2O3+3
H2O。第3个吸热峰在530℃左右,相当于α2氧化铝单水合物分解转化为γ2Al2O3,即α2Al2O3·H2O→γ2
Al2O3+H2O。氢氧化铝开始脱水的温度、最大吸热峰因氢氧化铝颗粒大小及分布、加热条件及杂质含量的不同而有些差异,因此,
选用氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）作阻燃剂时,要根据聚合物基体材料的热分解温度及成型加工温度的要求选择好氢氧化
铝的质量指标。氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）的阻燃机理关于氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）的阻
燃机理,因配合使用的高聚物的类别不一,对其自然过程的描述也不尽一致。在20世纪80年代末至90年代初,国内外学
者对此进行了较深入的探讨。例如P.D.Moran对加了不同量ATH阻燃剂的环氧树脂,分别在N2O-N2及O2
-N2混合气体中测定其一氧化二氮指数及氧指数,所得的两条曲线相似,表明氧化剂的改变对火焰反应并不敏感,阻燃作用是由于凝聚
相生成的保护膜对燃烧具有抑制作用;测定ATH样品的热失重曲线(TGA),并在PVC体系中考察了其氧指数的变化,结
果发现,ATH的阻燃作用取决于其吸热脱水作用。通过试验还发现,掺有ATH的高聚物在210℃时开始降解,温度升至3
00～350℃时,ATH便大量吸热脱水,使高聚物温升速度缓慢,降解减缓,这是ATH阻燃的主要原因。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。一般的观点认为ATH的阻燃作用是以上几种机理协同作用的结果。因此,ATH的阻燃机理可以归纳如下:（1）吸热作用。在
300～350℃脱水吸热,抑制聚合物的温升;（2）稀释作用。ATH填充,使可燃性高聚物的浓度下降。ATH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;（3）覆盖作用。ATH脱水后在可燃物表面生成Al2O3保护膜,隔绝氧气,
可阻止继续燃烧;(4)碳化作用。阻燃剂在燃烧条件下产生强烈脱水性物质,使塑料碳化而不易产生可燃性挥发物,从而阻止火焰蔓
延。氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）的应用氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）阻燃剂是合成材料的无
卤阻燃剂之一。它具有阻燃、消烟、填充3大功能,燃烧时无二次污染,不但在聚合物中分散性好,而且又易与其它添加物产生阻燃协同
效应,可广泛用于电工、电线、电缆、日用品、建筑材料、运输等塑料和橡胶制品中。1.环氧树脂在环氧树脂中,氢氧化铝（VK-LA
50,VK-LA100）有显著提高氧指数的作用,如在100份环氧树脂中添加80份氢氧化铝,氧指数可从原来的20.
0提高到27.5,这样的环氧树脂可用于密封材料、浇铸件、环氧树脂玻璃纤维片等。在电气方面,氢氧化铝能增强环氧树脂的抗电弧
性和抗弧迹性。经氢氧化铝填充的环氧树脂在制作变压器、绝缘器材、开关装置等方面也有很大的发展前途。2.热塑性塑料使用氢氧化铝（V
K-LA50,VK-LA100）作为阻燃剂的热塑性塑料中最常见的是聚氯乙烯。氢氧化铝可以取代碳酸钙非常容易地掺和到增塑的聚氯乙
烯中。为了达到高标准的阻燃性,一是氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）和磷酸酯类增塑剂并用,另一种方法是将氢氧化铝
和硼酸锌并用,这些配方已用于PVC的电线、电缆料中。此外,在聚乙烯和聚丙烯等可燃性聚烯烃塑料制品中加入高填充量的氢氧化铝
,不但阻燃,而且通过近年来新的表面处理技术,可使高填充量的聚烯烃通过复合反应较易进行模铸加工,改善了产品的拉伸强度和抗冲击性
能,使其广泛应用在电气导管和设备外套方面。3.合成橡胶氢氧化铝（VK-LA50,VK-LA100）在橡胶中不但可以作阻燃剂
,而且可作补强剂用于丁苯橡胶的胶乳泡沫橡胶和地毯底层的橡胶粘接剂,也可用于铺垫用的氯丁橡胶。在研究氢氧化铝（VK-LA50
,VK-LA100）对NBR硫化胶阻燃性能的影响中发现,在氢氧化铝用量不超过100份时,随着氢氧化铝用量增大,硫化胶的燃烧速率降低,离火熄灭时间缩短;氢氧化铝用量为60～80份时,硫化胶的阻燃性能和物理性能达到最佳平衡。另外,氢氧化铝对于提高硅橡胶的耐漏电起痕性能也起到了重要作用。