一、氧化铝概述:
氧化铝(Aluminium hydroxide),化学式Al(OH)3,是铝的氧化物。是一种碱,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偏铝酸盐,因此通常在把它视作一水合偏铝酸(HAlO2·H2O)。分子式:Al(OH)3,Al2O3·3H2O 或 H3AlO3 分子量:78。相对密度2.42,莫氏硬度3.0。它具有、无味、分散性好、白度高含铁低之特点,简称ATH。ATH受热脱水分解,吸热量为1967.2J/KJ,能有效抑制聚合物的升温和热降解。氧化铝热分解释放出大量水蒸气稀释可燃性气体,抑制燃烧蔓延,同时所生产的耐高温的Al2O3在聚合物表面形成致密的保护层,阻隔空气和防止火焰进一步扩散。耐高温的Al2O3能够促进聚合物碳化、吸附固体颗粒、抑制浓烟产生。
二、氧化铝用途:
氧化铝是世界上用量大的无阻燃剂之一,具有阻燃、消烟抗熔滴三重功效,在燃烧时次污染,热解时不产生有毒和有腐蚀性的气体,吸热并释放出水蒸气,使高分子材料具有阻燃自熄性能。它不但具有很好的分散性能,而且可以与氧化等阻燃剂相互作用发挥阻燃协效性。氧化铝由于性较小与聚合物等高分子材料有着很好的相容性,因此,获得较广泛的应用,使用量也在逐年增加。使用范围:热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等.近年,高分子材料被广泛用于日常生活中,但由于其易燃、发烟大等特性,易成为火灾的直接活化剂,因为对高分子材料进行阻燃处理是的。
阻燃剂可分为与无机两类,而在无机类阻燃剂中,氧化铝由于具有阻燃、消烟、3大功能,在化学上是惰性的、、不会产生二次污染,因此在国内外均被誉为“阻燃剂”。
三、氧化铝阻燃剂的优势
虽说阻燃剂中的系阻燃剂具有阻燃、添加量少、适用范围广等优点,但为了顺应阻燃剂市场高阻燃、低烟雾、无害化的发展趋势,无机阻燃剂的开发和利用逐渐得到了多的助力的支持。
细氧化铝常温下物理和化学性质稳定,燃烧时不会产生二次污染,白度高,具有优良的色度指标。且纳米氧化铝不仅可提高阻燃聚合物的有限氧指数,增加阻燃性能,且有助于改善聚合物制品的表面光洁度和力学、电学性能,增强其抗漏电、耐电弧和损能力。另外,氧化铝与其它阻燃剂的复合使用效果十分理想,是一种具有广阔前景的无机阻燃剂。
四、氧化铝的阻燃机理
国内外市场上作为阻燃剂用的氧化铝,主要是α-三水合氧化铝(ATH),常用α-Al2O3•3H2O表示。氧化铝受热至200~220℃左右时开始吸热分解,放出3个结晶水。
2Al(OH)3→Al2O3+ 3H2O
分解时Al(OH)3吸热达1967.2 kJ/kg,吸收这样大的热量是其具有阻燃作用的主要原因。
氧化铝其阻燃机理大致可以归纳如下:
(1)吸热作用。在200~350℃脱水吸热,抑制聚合物的温升;
(2)稀释作用。Al(OH)3,使可燃性高聚物的浓度下降。Al(OH)3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。Al(OH)3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。
五. 氧化铝阻燃剂的应用
1.不饱和聚酯
在用不饱和聚酯浇注制作各种高压或低压电器开关时,添加氧化铝可使制品具有阻燃性、消烟性以及抗电弧性。由于高白氧化铝的白度达93%以上,有一定的结晶形态,并具有与聚酯树脂相近的折光系数,近年来国内外常用聚酯树脂加氧化铝制成新型装饰材料——“人造玛瑙”。
2.
在中,氧化铝有显著提高氧指数的作用,如在100份中添加80份氧化铝,氧指数可从原来的20.0提高到27.5,这样的可用于密封材料、浇铸件、玻璃纤维片等。经氧化铝的在制作变压器、绝缘器材、开关装置等方面也有很大的发展前途。
3.热塑性塑料
使用氧化铝作为阻燃剂的热塑性塑料中常见的是聚氯。氧化铝可以取代碳酸钙非常容易地掺和到增塑的聚氯中。为了达到高标准的阻燃性,一是氧化铝和酯类增塑剂并用,另一种方法是将氧化铝和锌并用,这些配方已用于PVC的电线、电缆料中。
此外,在聚和聚等可燃性聚烯烃塑料制品中加入高量的氧化铝,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。