氫氧化鋁：好東西為什么不能拿來(lái)直接用？

無(wú)機(jī)兩性氫氧化物——?dú)溲趸X（Al(OH)3、ATH）具有高效的阻燃、抑煙和填充特性，受熱分解后不產(chǎn)生有毒氣體、腐蝕氣體，可用作高分子有機(jī)材料的填充阻燃劑。目前，采用ATH做阻燃劑的用量逐年遞增，ATH已成為全球最重要的無(wú)機(jī)阻燃劑。

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先做好改性，再談阻燃

一般情況下，廠家通常將粉體ATH填充到易燃材料里或在易燃材料表面涂抹一層成分含有ATH的阻燃漆，從而提高高分子有機(jī)物的阻燃性能，因此ATH與易燃高聚物材料應(yīng)具有良好的相容性，填入高聚物材料時(shí)還需要具有良好的分散性，但ATH是一種無(wú)機(jī)氫氧化物，與高分子有機(jī)高聚物在物理和化學(xué)性質(zhì)上差別很大，兩者親和力很弱，如若直接混合，必會(huì)造成復(fù)合材料界面缺陷的問(wèn)題，當(dāng)添加量較大時(shí)會(huì)影響復(fù)合材料的機(jī)械性能，造成應(yīng)力集中等問(wèn)題，影響聚合物的性能。

而且由于ATH含有三個(gè)羥基基團(tuán)（-OH），表面不對(duì)稱，具有很強(qiáng)的極性，表面羥基表現(xiàn)為親水疏油，填充入高分子有機(jī)物中很容易產(chǎn)生團(tuán)聚，直接影響材料的力學(xué)性能與機(jī)械性能。

因此，氫氧化鋁在使用前需要先進(jìn)行表面改性。

氧化鋁的表面改性

表面改性是優(yōu)化無(wú)機(jī)粉體材料性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)提高無(wú)機(jī)粉體的應(yīng)用性能和價(jià)值起著至關(guān)重要的作用。無(wú)機(jī)粒子的表面改性是指在無(wú)機(jī)粒子的表面吸附或包裹另一種或多種物質(zhì)，形成核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程實(shí)際上是不同物質(zhì)的復(fù)合過(guò)程。

表面改性過(guò)程示意圖

改性劑種類和特征

粉體表面改性劑種類繁多，但尚未有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的分類方法，無(wú)機(jī)粉體改性的改性劑主要分為表面活性劑與偶聯(lián)劑這兩大種。

（1）偶聯(lián)劑

偶聯(lián)劑適用于各種不同的有機(jī)高聚物與無(wú)機(jī)填料的復(fù)合材料體系中，經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑表面改性后的無(wú)機(jī)材料，增加了其與高聚物的相容性與分散性，無(wú)機(jī)材料表面從親水疏油變成了親油疏水，與有機(jī)高聚物親和性增加，即使增大使用量，仍可相對(duì)較好的均勻分散，從而提升其力學(xué)性能和機(jī)械性能，改善其制品的綜合性能。

偶聯(lián)劑與無(wú)機(jī)粒子表面結(jié)合示意圖

偶聯(lián)劑的種類較多，按化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成成分可分為有機(jī)絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸化合物四大類。

（2）表面活性劑

表面活性劑是指使用極少量該物質(zhì)即能顯著改變物質(zhì)表面或界面性質(zhì)的物質(zhì)，包括陰離子型、陽(yáng)離子型以及非離子型，如高級(jí)脂肪酸及其鹽、醇類、胺類和酯類等。其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是一端為長(zhǎng)鏈烷基，結(jié)構(gòu)與聚合物分子相近，另一端為羧基、醚基、氨基等極性基團(tuán)，可與無(wú)機(jī)填料粒子發(fā)生物理或化學(xué)吸附，從而覆蓋在粒子表面。表面活性劑吸附在粒子表面形成一層分子膜，可以增大顆粒間距，阻礙粒子之間的相互觸碰，避免架橋羥基和真正化學(xué)鍵的形成，另外，表面活性劑還可以使粒子的表面張力減弱。

改性效果如何得知？

改性之后的氫氧化鋁靠不靠譜？有多靠譜？這就需要對(duì)改性效果予以評(píng)價(jià)表征。

目前，對(duì)于氫氧化鋁阻燃劑阻燃效果的評(píng)價(jià)，可以通過(guò)直接方法測(cè)試材料的氧指數(shù)、垂直水平燃燒指數(shù)、發(fā)煙量、熱重分析、燃燒時(shí)的力學(xué)性能等進(jìn)行表征測(cè)試；也可通過(guò)間接的方法，測(cè)量粉體吸光度、活化指數(shù)、吸油值等對(duì)其改性效果進(jìn)行間接測(cè)試。

（1）吸光度

ATH未改性前表面羥基是親水疏油的，可以溶解在水中或自由沉降于水底；經(jīng)過(guò)改性劑改性后的ATH表面變?yōu)橛H油疏水，表面性質(zhì)與未改性前相比截然相反，不能溶解或沉在水底，只能漂浮在水面；但改性后的ATH卻可以很好的溶解或沉淀在油質(zhì)中（如液體石蠟），如果改性效果越好，則ATH在油（液體石蠟）中溶解度越好；溶解度越高，當(dāng)光透過(guò)溶解改性ATH的油（液體石蠟）時(shí)，透過(guò)的光越少，吸收的光越多，吸光度越大，改性效果越好。

（2）活化指數(shù)

未改性的ATH由于表面羥基（-OH）的性質(zhì)，極性非常強(qiáng)，可以溶解或自由沉降于性質(zhì)相似的水中。經(jīng)過(guò)改性后的ATH，表面附著了一層親油基，表面羥基（-OH）被包覆在內(nèi)；改性效果越好的ATH表面親油基包覆率越高，漂浮在水面的改性ATH越多。

（3）吸油值

測(cè)量吸油值需要在ATH中加入蓖麻油進(jìn)行攪拌，改性前的ATH由于其親水疏油的性質(zhì)，需要更多的蓖麻油才能成球，經(jīng)表面改性后變?yōu)橛H油疏水，提高了ATH在聚合物中的分散性，減少了由于粉體之間的團(tuán)聚而形成的空隙，所用蓖麻油用量減少，因而用量越少改性效果越好。

參考來(lái)源：

[1]萬(wàn)賑民.改性氫氧化鋁粉體制備及其阻燃溫拌瀝青的性能

[2]李云峰.超細(xì)氫氧化鋁粉體的表面改性及其阻燃研究