氫氧化鋁：好東西為什么不能拿來直接用？

無機兩性氫氧化物——氫氧化鋁（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機阻燃劑。

圖片來源：洛陽中超

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，填入高聚物材料時還需要具有良好的分散性，但ATH是一種無機氫氧化物，與高分子有機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，必會造成復(fù)合材料界面缺陷的問題，當(dāng)添加量較大時會影響復(fù)合材料的機械性能，造成應(yīng)力集中等問題，影響聚合物的性能。

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

因此，氫氧化鋁在使用前需要先進行表面改性。

氧化鋁的表面改性

表面改性是優(yōu)化無機粉體材料性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，對提高無機粉體的應(yīng)用性能和價值起著至關(guān)重要的作用。無機粒子的表面改性是指在無機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)，這個過程實際上是不同物質(zhì)的復(fù)合過程。

表面改性過程示意圖

改性劑種類和特征

粉體表面改性劑種類繁多，但尚未有一個標(biāo)準(zhǔn)的分類方法，無機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高聚物與無機填料的復(fù)合材料體系中，經(jīng)過偶聯(lián)劑表面改性后的無機材料，增加了其與高聚物的相容性與分散性，無機材料表面從親水疏油變成了親油疏水，與有機高聚物親和性增加，即使增大使用量，仍可相對較好的均勻分散，從而提升其力學(xué)性能和機械性能，改善其制品的綜合性能。

偶聯(lián)劑與無機粒子表面結(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、陽離子型以及非離子型，如高級脂肪酸及其鹽、醇類、胺類和酯類等。其分子結(jié)構(gòu)特點是一端為長鏈烷基，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，可與無機填料粒子發(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？這就需要對改性效果予以評價表征。

目前，對于氫氧化鋁阻燃劑阻燃效果的評價，可以通過直接方法測試材料的氧指數(shù)、垂直水平燃燒指數(shù)、發(fā)煙量、熱重分析、燃燒時的力學(xué)性能等進行表征測試；也可通過間接的方法，測量粉體吸光度、活化指數(shù)、吸油值等對其改性效果進行間接測試。

（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)光透過溶解改性ATH的油（液體石蠟）時，透過的光越少，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，可以溶解或自由沉降于性質(zhì)相似的水中。經(jīng)過改性后的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

測量吸油值需要在ATH中加入蓖麻油進行攪拌，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。

參考來源：

[1]萬賑民.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.超細氫氧化鋁粉體的表面改性及其阻燃研究