超细氢氧化铝粉体的表面改性及其阻燃研究

氢氧化铝(ATH)兼有阻燃、消烟、填充等多重功能,已成为用量最大的环保型无机阻燃剂。但氢氧化铝粉体是典型的极性无机材料,与非极性聚乙烯的亲和性差,在聚乙烯基体中难以均匀分散,导致复合材料力学性能明显下降。因此,需要对氢氧化铝粉体进行表面改性,以提高其与聚乙烯基体的界面粘结力,从而获得综合性能较好的复合材料。本文结合表面改性和干燥防团聚过程,一步制备出了氢氧化铝改性粉体。通过测定改性粉体的活化指数、吸油值、粒度分布和接触角等,筛选出了有效的表面改性剂,详细研究了最佳的表面改性方法和工艺条件,进一步分析了表面改性对粉体性能的影响和作用机理,主要研究结果如下：(1)脂肪酸A改性氢氧化铝粉体的活化指数达到99.5%,吸油值低至40.5mL/100g A1(OH)3,与蒸馏水之间的接触角大于100°,分散稳定性好,改性效果最佳。采用湿法工艺在水中的改性效果优于干法改性,最佳工艺条件为：脂肪酸A添加量1.0-2.0%,温度70-90℃,时间20min。(2)表面改性后,粉体表面极性大大降低,表面能减小,粉体的分散性显著提高,粒径降低。氢氧化铝粉体(平均粒径为2.59gm)的表面酸度为15.97μmol·g-1。脂肪酸A与粉体表面酸性中心点相结合,吸附量为0.45%,当形成单分子包覆层时,脂肪酸A的最佳理论吸附量为1.05%,与实际最佳添加量1.0%接近。结合红外图谱,认为脂肪酸A与粉体表面的作用机理是：脂肪酸A先是通过与氢氧化铝粉体表面的酸性中心点相结合,以物理吸附作用为主；随着改性时间的延长,吸附的脂肪酸A与粉体发生化学反应形成脂肪酸盐。测定氢氧化铝填充聚乙烯材料的极限氧指数(LOI)、拉伸强度和断裂伸长率,以明确改性处理、粉体填充量和协效阻燃剂等对复合材料阻燃性能和力学性能的影响。结果表明,ATH粉体改性效果越好,阻燃性能越好,ATH与红磷、硼酸锌和硅油等有较好的阻燃协同效应。表面改性能够明显提高ATH粉体在有机基体中的分散性,改善复合材料的力学性能,尤其提高了断裂伸长率；ATH添加量较低时,超细粒子在树脂中起到了刚性粒子增韧增强作用。实验制得的ATH填充LLDPE/EVA复合材料与纯LLDPE相比,拉伸强度降低了29.56%,断裂伸长率提高了20.80%,在空气中燃烧能达到自熄。