表面改性超细氢氧化铝 (A TH) 阻燃剂是当前世界 各国开发研究的重点课题 。氢氧化铝具有阻燃 、消烟 、 填充三大功能 ,在燃烧时无二次污染 ,在聚烯烃中分散 性好 ,又易于与其它物质产生阻燃协同效应[1～3 ] 。因 此 ,可广泛用于电工 、电子 、电线电缆 、日用品 、建筑材 料 、运输等塑料及橡胶制品中 ,是用量最大的无卤阻燃 剂之一 。
before and after modification
(2) 氢氧化铝与改性后的氢氧化铝分别加入聚丙 烯中的成品样条切片在透射电镜下观察比较
如图 5 (a) 所示 ,加入未改性氢氧化铝在聚丙烯中 有大的团聚现象 ,粒子在聚丙烯中的分散不均匀 ,而添 加改性氢氧化铝在聚丙烯中的分散较好 ,这说明改性
图 3 钛酸酯偶联剂用量对粘度的影响
Fig. 3 Effect of t he contents of coupling agent on viscosity
分散性 ,所以改性后的氧化铝比未改性的氢氧化铝阻
燃性要好 。
表 2 聚丙烯体系的氧指数分析 Tab. 2 Analysis of oxygen index of PP system
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2004 年 2 月
中 国 塑 料
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抗氧剂及其它助剂均为市售 。
表 1 纳米氢氧化铝的性能 Tab. 1 Properties of nano aluminum trihydrate
改性剂品种 未改性 A TH 硬脂酸
氧指数
18. 5
19. 3
钛酸酯 19. 9
铝酸酯 钛酸酯
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
19. 9
20. 1
2. 1. 4 氢氧化铝改性前后的性能指标
分别测 得 以 钛 酸 酯 改 性 前 后 的 氢 氧 化 铝 的 吸 油
值 、比表面积 、堆密度等理化性能 ,结果列于表 3 。
表 3 氢氧化铝改性前后性能变化 Tab. 3 Performance change of A TH before and after modification
本研究对本中心自制的纳米氢氧化铝阻燃剂的表 面改性进行了初步研究 ,对改性剂及最佳用量进行了 探索 ,在聚丙烯的阻燃应用中 ,有较好的阻燃效果 ,对 改善聚丙烯的加工性能及力学性能进行了初步研究 。
1 实验部分
1. 1 实验材料 纳米氢氧化铝 ,性能见表 1 ,本中心超重力法制备 ; 聚丙烯 , K9920 ,北京燕山石化公司 ;
氧指数分析和改性前后的性能指标对比来分析评价 。 2. 1. 1 沉降体积
本实验选用了四种不同种类的改性剂 ,考察了氢 氧化铝在极性三氯甲烷中的沉降体积和非极性液体石 蜡中的沉降体积 (单位时间内的沉降速度) 。
表面呈极性的氢氧化铝经有机改性之后表面非极 性程度增强 ,由亲水疏油性变成亲油疏水性 。在非极 性溶剂中由团聚变成分散 ,在极性溶剂中由分散变成 团聚 。氢氧化铝在极性三氯甲烷中的沉降体积越快 , 在非极性液体石蜡中的沉降体积越慢 ,说明改性产品 的疏水改性效果越好 。由图 1 可以看出 4 号钛酸酯类 改性剂的改性效果比较好 。
项 目
未改性氢氧化铝 改性后的氢氧化铝
吸油值/ g·100 g - 1 比表面积/ m2·g - 1 堆密度/ g·mL - 1
66. 4 23. 4 0. 8
35. 4 32. 8 1. 1
(a) 改性前 (b) 改性后 图 4 纳米氢氧化铝样品改性前后的 TEM 照片 Fig. 4 TEM grap hs of nano aluminum trihydrate
纳米氢氧化铝
性能指标
粒径/ nm 比表面积/ m2·g - 1
干燥失重/ % 外观
50～100 23. 4 7
白色粉末
1. 2 主要的仪器设备 高剪切乳化机 , RHJ 100L21 ,上海宫藤机电设备有
限公司 ; 扫描电镜 ( SEM) ,S2750 ,日立公司 ; 透射电镜 ( TEM) ,HITACHIH2800 ,日本 ; 双螺杆挤出机 ,德国 WP 公司 ; 注射机 ,ZT263 ,浙江震达塑料机械有限公司 ; 氧指数测定仪 ,HC22 ,南京江宁县分析仪器厂 。
当氢氧化铝用作阻燃填充剂时 ,其含量和粒度对 材料的阻燃性及物理性能均有影响 。其阻燃效果随着 含量的增加而提高 ,当含量大于 60 %时氧指数急剧上 升 ,一般当添加到一定量时 ,阻燃效果随粒径的减小而 增加 。粒度越细阻燃效果越好 ,即粒径的大小直接影 响阻燃效果的好坏 。为了提高其阻燃性能 ,更好地发 挥阻燃效果 , 在添加量增大时降低对材料力学性
Modif ication of Nano Aluminum Trihydrate Flame Retardant and Its Appl ication in PP
L IU Li2jun , GUO Fen , CHEN Jian2feng
( Research Center of The Ministry of Education for High Gravity Engineering and Technology , Beijing University of Chemical Technology , Beijing 100029 , China)
Abstract : The modification of an efficient flame retardant —nano Al (O H) 3 was performed. The experi2 mental result s indicated t hat t he modified Al (O H) 3 had a larger specific surface area ,lower oil absorben2 cy and better dispersion. Wit h t he addition of Al (O H) 3 into PP , PP exhibited improved melt2dripping p henomena ,better flame retardance and smoke suppression effects as well as better mechanical properties. Key words : aluminum t rihydrate ; flame retardant ; surface modification ; polypropylene
的粘度值都低于未改性氢氧化铝在液体石蜡中的粘度 2. 1. 3 氧指数分析
值 ,说明改性后的氢氧化铝表面极性降低 ,非极性增
在聚丙烯中加入 20 份不同改性剂改性的氢氧化
强 ,与非极性液体石蜡的相容性变好 。其中以 4 号改 铝 ,考察复合材料的阻燃性能 。
性剂粘度降低最大 ,改性效果最好 。由图 3 可以看出 ,
0 —未改性氢氧化铝 1 —硬脂酸类 2 —硅烷类 3 —铝酸酯类 4 —钛酸酯类
(a) 在三氯甲烷中 (b) 在液体石蜡中
图 1 氢氧化铝在三氧甲烷和液体石蜡中沉降体积
2. 1. 2 粘度的测定
Fig. 1 Sedimentation volume of Al(OH) 3 in different media
的燃烧性能测试样品和 4 mm 厚的力学性能测试样品。 1. 4 分析测试方法
氧指数按 GB2406 —80 方法测定 ; 水平燃烧等级按 GB2408 —96 方法测定 ; 拉伸强度按 GB1040 —92 方法测定 ; 冲击强度测试按 GB1043 —93 测定 。
2 结果与讨论
2. 1 改性试验直接法评价 考察改性剂的性能采用了沉降体积法 、粘度测试 、
第 18 卷 第 2 期 2004 年 2 月
中 国 塑 料
CHINA PLASTICS
Vol. 18 ,No. 2 Feb. , 2004
纳米氢氧化铝阻燃剂表面改性及其在 聚丙烯中的应用
刘丽君 , 郭 奋 , 陈建峰
(北京化工大学教育部超重力工程研究中心 ,北京 100029)
摘 要 : 对高性能阻燃剂纳米氢氧化铝进行表面改性研究 ,结果表明改性后的氢氧化铝比表面积增大 、吸油值降低 、 分散性好 ,填充于聚丙烯后明显改善熔融现象 ,有较好的阻燃效果 ,且材料的力学性能有所提高 。 关 键 词 : 氢氧化铝 ; 阻燃剂 ; 表面改性 ; 聚丙烯 中图分类号 : TQ325. 1 + 4 文献标识码 : B 文章编号 : 1001Ο9278 (2004) 02Ο0074Ο04
1. 3 实验流程及阻燃和力学性能样品的制备 将纳米氢氧化铝打浆 ,在高剪切乳化机上进行高
速分散 ,升温至 80 ℃,加入改性剂乳化 30 min ,抽滤 、 洗涤 、干燥 、粉碎 、研磨 、过筛备用 。
将改性纳米 Al (O H) 3 和其它助剂加入聚丙烯预混 合 ,然后再用双螺杆挤出机造粒。用注射机制成 3 mm 厚
从表 2 可以看出 ,在上几种改性剂中 ,以钛酸酯改
随着改性剂用量的增加 ,液体石蜡体系的粘度逐渐降 性剂的效果比较好 。这是因为钛酸酯偶联剂与氢氧化
低 ,改性剂添加量为 3 %时 ,液体石蜡的粘度与不加氢 铝表面的羟基发生化学作用 ,改善了它在高聚物中的
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氧化铝时的粘度相近 。说明氢氧化铝与液体石蜡的混
将改性氢氧化铝与液体石蜡配成溶液 ,用 NDJ279 合摩擦减小 ,润滑性能变好 。但是偶联剂用量越大 ,成
型旋转粘度计在 25 ℃条件下测定其粘度变化 。