氧化鋁是目前用量最大和應用最廣的無機阻燃添加劑,作為阻燃劑不僅能阻燃,而且可以防止發(fā)煙、不產(chǎn)生滴下物、不產(chǎn)生有毒氣體,因此,獲得較廣泛的應用。下面就和大家一起看下它的工業(yè)生產(chǎn)方法:
1、拜耳法。用苛性鈉(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁,得到鋁酸鈉溶液。溶液與殘渣(赤泥)分離后,降低溫度,加入氫氧化鋁作晶種,經(jīng)長時間攪拌,鋁酸鈉分解析出氫氧化鋁。
2、堿石灰燒結(jié)法。適用于處理高硅的鋁土礦,將鋁土礦、碳酸鈉和石灰按一定比例混合配料,在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒結(jié)成由鋁酸鈉、鐵酸鈉、原硅酸鈣和鈦酸鈉組成的熟料。然后用稀堿溶液溶出熟料中的鋁酸鈉。此時鐵酸鈉水解得到的NaOH也進入溶液。如果溶出條件控制適當,原硅酸鈣就不會大量地與鋁酸鈉溶液發(fā)生反應,而與鈦酸鈣等組成赤泥排出。溶出熟料得到的鋁酸鈉溶液經(jīng)過專門的脫硅過程,形成水合鋁硅酸鈉(稱為鈉硅渣)或水化石榴石,而使溶液提純。把CO2氣體通入精制鋁酸鈉溶液,和加入晶種攪拌,得到氫氧化鋁。
3、拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法。
4、碳酸氫銨法。在硫酸鋁溶液中,在攪拌下添加純堿溶液,生成沉淀經(jīng)洗滌、過濾、低溫干燥后,經(jīng)粉碎制得成品。
氫氧化鋁阻燃劑的應用 :
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),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)得到了廣泛的應用,成為國民經(jīng)濟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,是火災時人員死亡的主要原因。把ATH應用于PVC后有效的克服了上述缺點。
超微細水合氧化鋁能提高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,具有廣泛應用前景。
(二) 在聚丙烯中的應用
(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,對機械性能的不良作用愈小。
(3)采用有效的活化劑對ATH進行表面處理是ATH在聚丙烯中應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,主要應用于電子、電氣、機械、汽車等領(lǐng)域。
(1)采用納米ATH作為阻燃劑應用于PBT樹脂中。
(2)隨納米ATH用量的增加,PBT復合體系的拉伸強度、沖擊強度、斷裂伸長率先增加后降低,即納米ATH添加量較少時對復合體系具有增韌增強的作用。
(3)對于PBT體系,納米ATH具有抑制聚合物分解,促進成炭的作用,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)物的負面效應。
(四) 在聚乙烯中的應用
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腐蝕的熱塑性材料,應用面廣。但由于PE樹脂呈非極性,與添加量大的無機阻燃劑ATH的相容性較差,簡單共混雖可以提高某一方面的性能,但體系力學性能下降太多,不能滿足實際應用的需要。針對上述的不足,可對ATH進行改性與處理。
(1)添加阻燃增效劑。這種方法可以提高阻燃能力,減少阻燃劑的用量,能有效抑制材料燃燒時的滴落現(xiàn)象,而且其和ATH有協(xié)同效應,起到改善材料力學性能的作用。阻燃增效劑有:有機硅化合物、紅磷及磷化合物、硼酸鋅、金屬氧化物等。
(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顆粒進行處理或?qū)w樹脂進行接枝處理。
(五) ATH作為造紙?zhí)盍系膽?
ATH作為特種無機填料,在歐美等造紙工業(yè)發(fā)達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,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,使用方便,是名副其實的環(huán)保型紙用阻燃劑。我國現(xiàn)已成功引進了德國公司生產(chǎn)的ATH系列產(chǎn)品,并己推廣應用于裝飾原紙、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,但同有機類阻燃劑相比,要達到同樣阻燃效果,需要添加的量較大,這樣往往會影響涂料的其它物理力學性能。因此用它作阻燃劑時,一般不單獨使用,多與其它類型阻燃劑配合使用。氫氧化鋁白度高、粒徑較細、折射率較低,經(jīng)表面處理可由親水性變成親油性,增強與樹脂的親和力,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在阻燃氯丁護套中的應用
電線電纜等包裹阻燃氯丁護套,應用十分廣泛。將ATH應用于阻燃氯丁膠中,物理機械性能、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)濟效益和社會效益。當今世界環(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)活動十分活躍,應用領(lǐng)域不斷拓展,需求量不斷增加,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)品的性能有較嚴重的影響等,未來改進氫氧化鋁阻燃劑性能的研究將集中于下述幾個方面:
?。?) ATH的超細化,增加表面積,增強阻燃效果,降低阻燃劑的用量,同時提高材料的力學性能和耐熱性能。
(2) 開發(fā)高效表面處理劑,增強與有機高分材料相容性,提高阻燃性能,減小對材料物理機械性能的影響。
?。?) 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、改善機械性能等。