硬脂酸改性氢氧化铝阻燃剂的实验研究yd17222

刘立华, 李炳焕, 贾俊芳, 齐双华 唐山师范学院化学系, 河北唐山063000

收稿日期: 2 00 8-10 -26

基金项目: 河北省科技厅项目( 07215107 )

作者简介: 刘立华( 19 69 -), 女, 副教授, 主要从事阻燃剂的制备、改性和应用研究。

原载：化工科技市场2 00 8/12；27-29

摘要: 为改善氢氧化铝阻燃剂与聚合物材料之间结合力差的现状, 必须对其进行表面改性。实验采用湿法表面改性工艺, 以硬脂酸为改性剂对氢氧化铝阻燃剂进行表面改性处理, 通过活化指数和沉降速度能等表面物化性的测定, 确定了最佳的改性工艺条件。实验结果表明: 改性剂用量为3% , 温度为80℃, 时间为30min。

关键词: 氢氧化铝; 硬脂酸; 表面改性; 阻燃剂

中图分类号: T Q3 14.24^十8 文献标识码: A 文章编号: 1009 -4725(2008)12 -0027-03

随着人们环保意识的提高, 氢氧化铝由于具有低烟、无毒、热稳定性好、不产生腐蚀性气体、价格低廉等优点, 且阻燃效果好, 来源丰富, 在国内外市场上其消耗量占无机阻燃剂的80% 以上, 占阻燃剂总量的50 % 以上, 因此氢氧化铝是一种应用前景广阔的阻燃剂[1]。

氢氧化铝作为无机填料和有机高聚物在物理形态和化学结构上极不相同, 两者亲和性差, 如果直接填充, 会造成分散不均, 而且粒径大者还会成为复合材料的应力集中点, 成为材料的薄弱环节。这些不仅限制了填充剂在聚合物中的添加量, 而且还严重影响了制品性能[2]。为了改善氢氧化铝与聚合物间的豁结力和界面亲和性, 采用表面改性剂对氢氧化铝进行改性是最有效的方法之一。

目前国内外对阻燃剂改性效果的评价大多是根据应用最终效果来评价, 比如测定最终复合材料的冲击强度、拉伸强度、硬度等参数来综合表征, 评价可靠直观, 但是工艺路线和过程复杂, 周期较长。

运用表面分析技术测定改性颗粒表面性质, 如活化指数、沉降速度、吸油值等, 既简洁又经济, 可以减少大量繁琐的应用效果评价工作, 又为改性氢氧化铝的应用提供了一定的理论基础[3]。

本课题正是顺应了氢氧化铝阻燃剂的发展潮流, 采用硬脂酸对氢氧化铝进行表面改性研究。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

氢氧化铝( 天津市化学试剂三厂, 分析纯) ; 硬脂酸( 化学纯, 天津市四通化工厂) ; 溶剂丙酮(分析纯) ; 液体石蜡( 化学纯, 天津市光复精细化工研究所)。

JJ-1 精密定时电动搅拌器( 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司) ; SYP-15 玻璃恒温水浴( 南京桑力电子设备厂) ; Gz x -9070 MBE 电热恒温鼓风干燥箱(上海搏迅实业有限公司医疗设备厂) ;SHB -W 双A 循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司) ; 电子分析天平( 奥豪斯国际贸易上海有限公司) ; 标准检测筛( 浙江上虞市华峰五金仪器有限公司)。

1.2 改性实验

将氢氧化铝制成质量分数为7% 的浆料, 加热到一定温度, 转速调至200 r/min, 以一定质量的硬脂酸为改性剂, 丙酮为溶剂, 控制一定的时间, 抽滤、干燥、粉碎、研磨、过筛得到改性氢氧化铝粉末。

1.3 性能测定

1.3.1 活化指数的测定

活化指数是表征改性效果的重要指标, 未改性的无机粉尘一般相对密度较大, 而且表面呈极性状态, 在水中容易自由沉降, 而经表面改性处理的无机粉尘表面由极性变为非极性, 呈现出较强的疏水性,在水中极大的表面张力使其在水面上漂浮不沉。

测定方法: 称取一定量改性后的氢氧化铝粉体,加入盛有一定量蒸馏水的烧杯中, 搅拌, 静置。然后将沉降于烧杯底的物料过滤、烘干、称重, 用原样质量减去该沉降物料的质量, 得到样品中漂浮部分的质量, 再由下式可计算活化指数[4]。

活化指数=(样品中漂浮部分的质量/ 样品总质量) x 10 %

1.3.2 沉降速度的测定

沉降速度是指改性产品在溶剂中某一时刻颗粒堆积的体积随时间的变化率。对粒子润湿性好的液体, 粒子能在其中很好的分散, 粒子不易薪结聚集,沉降速度慢; 反之, 粒子分散性差, 易聚集, 沉降速度快[5]。

2 结果与讨论

2.1 改性剂用量对氮氧化铝表面物化性能的影响当改性剂的用量为粉体质量的1%、2%、3%、4% 时, 对氢氧化铝粉体活化指数、沉降速度、吸油值的影响效果见图1 和图2 。

图1 改性剂用l 对活化指数的影响	图2 改性剂用量对沉降速度的影响

由图1 中曲线可以看出, 改性后比改性前活化指数增大。当改性剂用量小于3% 时, 随着改性剂用量的增加, 氢氧化铝活化指数逐渐增大; 当改性剂用量达到3% 时活化指数达到最大, 且漂浮样品和水组成的体系稳定, 再次摇晃无样品下沉, 样品和水有明显的球状界面, 无絮状现象; 而当改性剂用量超过3%时, 活化指数反而下降。这是因为改性剂用量较小时, 氢氧化铝的表面改性不完全, 大部分氢氧化铝不能漂浮在水面上, 即活化指数很小; 随着用量的增加, 氢氧化铝表面的改性剂达到单分子层覆盖,使疏水基朝向外侧, 此时活化指数达到最大值; 继续增加用量, 氢氧化铝表面形成多层物理吸附使部分极性基团朝外, 改性效果变差, 即活化指数下降。由此可确定改性剂的最佳用量为3%。

由图2 可以看出, 改性粉体比未改性的氢氧化铝粉体在液体石蜡中的沉降速度明显减慢, 这是由于改性后的氢氧化铝粉体表面包覆了一层有机物,从而使其和石蜡有很好的相容性, 能在其中较好分散的缘故。改性后随着改性剂用量的增加, 氢氧化铝的沉降速度逐渐减慢; 当改性剂用量达到3% 时,沉降速度最为缓慢; 超过3% 时, 沉降速度反而加快。这是由于随着改性剂用量的增加, 表面有机包覆量逐渐增大, 改性效果逐渐增强; 当用量达到一定数值时氢氧化铝表面刚好包覆了一层改性剂, 改性效果较好; 当用量超过该值后, 改性剂之间相互作用反而影响了氢氧化铝的包覆量, 从而影响了改性效果。由此可确定最佳改性剂用量为3%。

综合考虑改性剂用量对活化指数和沉降速度的影响, 确定最佳改性剂用量为3%。

2.2 改性温度对氢氛化铝表面物化性能的影响

固定实验条件: 改性时间为30 min, 改性剂用量为3% , 改性温度分别为60、70、80、90℃。改性温度对氢氧化铝粉体活化指数、沉降速度、吸油值的影响效果见图3 和图4。

在改性过程中, 加入表面改性剂时, 必须保证适宜的表面改性温度才能取得较好的改性效果。由图3 中曲线可见, 随着改性温度的增加, 活化指数逐渐增大; 当改性温度达到80℃ 时, 活化指数达到最大;当继续升高温度时, 活化指数有所下降。

由此可确定最佳改性温度为80℃。

由图4 中曲线可见, 随着改性温度的增大, 沉降速度逐渐减慢; 改性温度为70 ℃ 时的沉降速度最为缓慢继续升高温度时; , 沉降速度又加快。单纯从改性温度对沉降速度的影响可以确定最佳改性温度为70℃。

图3 改性温度对活化指数的影响	图4改性温度对沉降速度的影响

综合考虑改性温度对活化指数和沉降速度的影响, 确定硬脂酸改性氢氧化铝的最佳改性温度为80℃。

2.3 改性时间对氮氧化铝表面物化性能的影响

固定实验条件: 改性剂用量为3% , 改性温度为80℃ , 改性时间分别为20、25、30、35、40 min。改性时间对氢氧化铝粉体活化指数和沉降速度的影响效果见图5 和图6。

由图5 中曲线可见, 改性后的氢氧化铝随着改性时间的延长, 氢氧化铝的活化指数逐渐增大, 因为改性时间太短时, 改性剂不能完全吸附在氢氧化铝表面; 当改性时间延长到30 min时, 改性剂与氢氧化铝充分作用, 活化指数达到最大值, 此时改性效果最好; 当继续延长改性时间, 活化指数又开始下降,这可能由于剧烈搅动使改性剂脱离氢氧化铝的表面, 从而影响改性效果。由此可以确定最佳改性时间为30 min 。

由图6 中曲线可见, 随着改性时间的延长, 沉降速度逐渐减慢; 当改性时间达到30 min时, 沉降速度最为缓慢, 说明此时改性效果最好; 继续延长改性时间, 沉降速度又加快。由此可以确定最佳改性时

间为30 min。

图5 改性时间对活化指数的影响	图6 改性时间对沉降速度的影响

综合考虑改性时间对活化指数和沉降速度的影响, 确定硬脂酸改性氢氧化铝的最佳改性时间为响30min。

3 结论

1) 改性效果可以由粉体的表面物化性能来表征, 改性后氢氧化铝的活化指数增大, 沉降速度减慢。

2) 在本实验条件下, 最佳的改性工艺条件: 改性剂用量为3%, 改性温度为80℃ , 改性时间为30 min。

参考文献:

[1]黄东, 南海, 吴鹤. 氢氧化铝的阻燃性质与应用研究[J]. 材料开发与应用, 2以抖, 19 ( 3 ) : 3 3 -3 7

[2]蔡水洲. 天然氢氧化铝的表面改性[J]. 非金属矿, 2001,24 :23 -24.

[3]刘丽君, 郭奋, 陈建峰.纳米氢氧化铝的表面改性研究[J].北京化工大学学报, 2004 , 31 ( 3 ) : 2 -26.

[4]桑俊利, 赵鸿, 张键, 等.氢氧化铝粉体表面化学改性的研究〔J〕. 无机盐工业,2005 , 37 ( 8 ) : 15-17.

[5]刘立华, 宋云华, 陈建铭, 等.硬脂酸钠改性纳米氢氧化镁效果研究[J].北京化工大学学报, 2004, 31 (3) : 31-34