氢氧化铝表面改性.ppt

氢氧化铝微粉的表面改性,2023年6月22日,中 南 大 学,1）化学品氧化铝性质特殊，应用越来越广泛,相对密度2.42，折 光 率 1.531.57，莫氏硬度3.0无毒、无味、白色粉末不溶于水和醇，可溶于 酸和碱脱水时大量吸热,性质,催化剂载体,药用,氧化铝陶瓷,阻燃电缆,应用领域,2）化学品（氢）氧化铝种类多、产量大、附加值高，是增加氧化铝企业效益的重要产品,世界化学品氧化铝产量,2008世界氢氧化铝需求量,1北美、2拉丁美洲、3亚洲、4西欧、5东欧、6大洋洲、7中国,阻燃剂(聚烯烃、聚氯乙烯、橡胶、塑料、热塑性弹性体）印刷线路板地毯褙乳胶泡沫和粘结剂人造大理石、人造玛瑙造纸牙膏,3）填料用化学品氢氧化铝用途多、需求量大，适合规模化生产,阻燃产品,人造玛瑙,人造大理石,牙膏,填料用氢氧化铝的用途,矿用阻燃塑料,阻燃工程塑料,提高物理性质 弯曲强度、拉伸强度 热稳定性、抗压强度等,4）无机填料能显著降低成本、改善材料性能,填充量大、降低成本,赋予特定功能 阻燃、耐热、导电、导热 隔音、磁性、压电、抗菌等功能,ATH含量对材料拉伸强度的影响,ATH对复合材料硬度和密度的影响,5）阻燃用氢氧化铝微粉需求强、应用领域不断扩大,BMC、SMC和其它挤压及模具用料工程塑料涂料管线原始固化(CIPP）泡沫绝缘材料硅橡胶电线、电缆.粘合剂、密封剂屋面卷材橡胶,氢氧化铝和电线、电缆原料（以PE为例）表面性质不匹配，易出现“偏析”，影响产品加工和物理性能。,氢氧化铝表面存在OH键极性物质、亲水性,聚氯乙烯,聚合度在500-2000之间,电缆,电缆料生产线,阻燃电缆一般组成：PE（PVC）、增塑剂(邻苯二甲酸二甲脂)、氢氧化铝、稳定剂等,低密度聚乙烯,分子量25000,非极性物质，疏水性,6）氢氧化铝微粉与电缆料表面性质不匹配，混和不均匀、影响材料物理化学性能，需要表面改性,7）表面改性后的氢氧化铝，价值高，是氧化铝企业提高市场竞争力重要措施,Gardanne产品发展趋势,2000年,表面改性过程中有机硅烷和有机酸市场份额估计,8）表面改性过程中，脂肪酸用量大、市值少；偶联剂用量少、市值大,阴离子表面活性剂:硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铝、松香酸钠，磺化蓖麻油、烷基苯磺酸钠，磷酸脂、聚磷酸脂等阳离子表面活性剂：C12C22高级胺盐（伯胺、仲胺、叔胺、季铵盐），双烷基甲基苯基二氢化牛脂氯化铵、甲基苯基椰子油酸氯化铵非离子表面活性剂：聚乙二醇型和多元醇型。平平加、OP、聚醚，Span、Tween,1.表面活性剂,9）为赋予氢氧化铝特定功能，表面改性剂种类、结构复杂、官能团多样,2.偶联剂：,有机硅烷,三烷氧基硅烷,单烷氧基硅烷,钛酸酯、铝酸酯、锡偶联剂、双金属偶联剂等,单烷基氧基型、螯合型和配位型,单烷基氧基型：如异丙氧基三异硬脂酸钛,i-C3H7TiOCO(CH2)14CH(CH3)23 异丙氧基三（磷酸二辛酯）钛 i-C3H7TiOPO(OR)23,螯合型：螯合100型，如二（焦磷酸二辛酯）羟乙酸钛酸酯；螯合200型，如二（磷酸二辛酯）钛酸乙二（醇）酯,钛酸酯偶联剂的通式 R-O-Ti-（O-X-R-Y）n,作用：增塑作用、界面粘合作用。与无机物表面质子反应，形成有机单分子层。,示例：,聚丙烯：等规立构聚丙烯、间规立构聚丙烯、无规立构聚丙烯,3.低聚物：,分子量几百至几千,双酚A型环氧树脂：分子量340630双酚A型环氧树脂,聚乙烯蜡或氧化聚乙烯蜡（分子量度15005000）,聚乙二醇,聚合物主要是包覆无机粉体单体吸附、然后聚合聚合物吸附包覆,丁烯酸,4.不饱和有机酸,丙烯酸,甲基丙烯酸,-苯丙烯酸,RCOOH，碳原子数10如：,10）氢氧化铝微粉表面改性，必须解决几个重大关键技术难题,细氢氧化铝表面能高，吸附强；溶液中杂质多，杂质含量高氢氧化铝粒度分布不均匀、形貌不规整。,界面检测困难，表征手段少氢氧化铝表面结构复杂，改性剂与表面相互作用方式多,ATH高温下易产生新相，溶液中溶剂化显著，低温下作用慢，以化学键方式表面改性ATH难聚合物种类，性质相差较大，表面改性与聚合物完美匹配难。,1、氢氧化铝物理化学性质调控技术,2、表面改性机理,3、产品改性技术,在不同剪切速率下氢氧化铝和不饱和树脂料浆粘度的变化,粒级互配对混合物料粘度和成品L、a、b值的影响,11）提高产品质量仍是我国化学品氢氧化铝亟待解决的重大问题,混合物料粘度随粉体的体积平均粒径的变化,实验样品,Martinal产品,国产产品,差距:粒度分布不均匀粒子形貌不规整,分解工艺优化抑制附聚强化长大匹配过饱和度,不同体系的剪切应力和粘度随剪切速率的变化曲线,ATH填充复合材料的力学性能,提高材料的力学性能；降低加工过程中的粘度。,ATH表面改性能,12）ATH表面改性是解决粒子和聚合物间兼容性问题的关键，有利于提高材料的物理性能,30未改性ATH,30改性ATH,50改性ATH,ATH粉体在复合材料中的分布,复合材料的偏光显微照片,表面改性改善了粉体在基体中的分散；粉体添加量过大时，易导致材料的力学性能恶化。,硬脂酸量对超细氢氧化铝表面改性效果的影响,13）寻找表面改性剂加入量的理论依据是目前表面改性的关键,活化指数、有机碳含量或接触角等均不是表面改性剂最佳加入量的惟一依据,氢氧化铝粉体的表面酸度测量结果,表面酸度是改性剂加入量一种依据,粒子表面酸度,14）表面改性机理是优化工艺的基础,性点结合在粉体表面的脂肪酸A吸附量为0.45。,表面改性对超细氢氧化铝表面接触角和表面能参数的影响,表面改性对超细氢氧化铝的表面接触角和表面能的影响,粒子表面性质,温度好有利于改性；改性后表面张力的碱分量显著降低。,a-原样；b-改性产品(脂肪酸A 2,0.5h)；c-脂肪酸A,a-原样；b-改性未洗涤（脂肪酸A 10,2.5h）；c-改性洗涤；d-脂肪酸A,脂肪酸主要是以物理作用发生吸附，部分能发生化学吸附。,粒子表面与改性剂间相互作用,改性产品的分散效果,改性粉体疏水强、酒精中分散性好,在水中分散效果对比图,400,400,未改性ATH,改性ATH,团聚,界面,15）表面改性后ATH一些行为,400,400,团聚,未改性ATH,脂肪酸A改性ATH,表面改性不显著改变产品的和形貌。,自制氢氧化铝原样,改性产品2,改性产品形貌分析,ATH填充量对复合材料极性氧指数的影响,改性ATH 加入量增加,极性氧指数也在增加，阻燃性提高。,电缆材燃烧情况,复合阻燃材料,改性氢氧化铝对聚乙烯电缆料阻燃性能的影响,ATH改性对产品性能的影响,表 各种阻燃剂之间的协同效应,阻燃等级：HB、V2、V1、V0/HB、FV2、FV1、FV0逐级递增,加入改性ATH协同阻燃，极限氧指数达30，垂直燃烧评级达FV0级。,