氫氧化鋁阻燃劑濕法改性的研究

氫氧化鋁阻燃劑濕法改性的研究

0氫氧化鋁粉體的表面改性研究阻燃劑是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品和合成材料的驅(qū)動劑。氫氧化鋁具有阻燃、消煙、填充三大功能,不產(chǎn)生二次污染,能與多種物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同作用、不揮發(fā)、無毒和腐蝕性、價格低廉,因此,氫氧化鋁作為重要的無機阻燃劑一直高居阻燃劑消費量的榜首,廣泛應(yīng)用于各種塑料、涂料、聚氨酯、彈性體和橡膠制品中但是由于氫氧化鋁阻燃劑表面親水疏油與高分子材料界面差異較大結(jié)合力較弱。因此,為了達到更好的阻燃效果,往往需要對氫氧化鋁粉體的表面進行改性,使其表面由親水疏油型轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油疏水型,從而使復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著改善。氫氧化鋁粉體的表面改性不僅具有學(xué)術(shù)意義,更有重要實用價值表面改性劑是一種具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì),其分子中的一部分基團可與無機填料表面上的各種官能團反應(yīng),形成強有力的化學(xué)鍵合,另一部分基團可與有機高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞。表面改性猶如架在無機填料和有機高分子之間的具有特殊功能的分子橋,使兩種表面性質(zhì)差異很大的材料緊密結(jié)合,從而形成新型復(fù)合材料本文采用十二烷基苯磺酸鈉對氫氧化鋁阻燃劑進行濕法表面改性研究。1實驗部分1.1試劑及儀器氫氧化鋁(分析純,天津光復(fù)精細(xì)化工研究所);十二烷基苯磺酸鈉(化學(xué)純,天津市津科精細(xì)化工研究所);液體石蠟(分析純,天津光復(fù)精細(xì)化工研究所);鄰苯二甲酸二辛酯(分析純,天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠);無水乙醇(分析純,唐山市路北區(qū)化工廠)。數(shù)顯攪拌電熱套(北京中興偉業(yè)儀器有限公司);JJ-1精密定時電動攪拌器(江蘇省金壇市萊華儀器制造有限公司);AR2140電子分析天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司);GZX-9070MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)廠);SHB-IVA循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城科工貿(mào)有限公司);落球黏度計(西班牙巴賽羅納);標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩(浙江上虞市華豐五金儀器有限公司)。1.2二烷基苯磺酸鈉的合成將一定質(zhì)量濃度的氫氧化鋁漿料加入三口燒瓶中,開動攪拌器,用數(shù)顯電熱套加熱到某一溫度;然后用滴管將調(diào)配好的改性劑溶液(一定質(zhì)量的十二烷基苯磺酸鈉溶于無水乙醇中)緩慢加入,攪拌反應(yīng)一定時間后停機;將漿料真空抽濾,清洗三次,在110℃條件下烘干10h,最后過篩。1.3性能測試(1)黏度的測定(2)吸油值的測定2結(jié)果與討論2.1改性劑表面改性在固定改性劑用量為1.5%、改性時間為0.5h的前提下,考察改性溫度對氫氧化鋁表面改性效果的影響。(1)改性溫度對黏度的影響。由圖1曲線可以看出,隨著改性溫度的提高,氫氧化鋁粉體表面極性降低,非極性增強,與非極性液體石蠟的相容性變好,在液體石蠟中的黏度降低,當(dāng)溫度達到85℃時,氫氧化鋁粉體表面包覆了一層改性劑,使氫氧化鋁粉體表面由極性變?yōu)榉菢O性,與液體石蠟相容性最好。因此,單純考慮改性溫度對黏度的影響,確定改性溫度為85℃。(2)改性溫度對吸油值的影響。由圖2曲線可以看出,隨著改性溫度的升高,氫氧化鋁粉體的吸油值呈現(xiàn)遞減趨勢,這是因為溫度升高,表面包覆率增大,改性效果增強,當(dāng)溫度達到85℃時,氫氧化鋁粉體對DOP無效吸附最小,吸油值最低,再升高溫度吸油值將增加。因此,單純考慮改性溫度對吸油值的影響,確定改性溫度為85℃。(3)改性溫度對堆積密度的影響。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,隨著改性溫度的升高,氫氧化鋁粉體的堆積密度先升高再降低,當(dāng)溫度達到85℃時,氫氧化鋁粉體的分散性最好,使大量的改性劑進入氫氧化鋁顆粒間的空隙,從而堆積密度最大。因此,單純考慮改性溫度對堆積密度的影響,確定改性溫度為85℃。綜合考慮,改性溫度對改性效果有一定的影響,在較低溫度下,溫度升高有利于吸附進行,但溫度越高,耗能越大,由此確定改性溫度為85℃。2.2改性劑用量的確定在固定改性時間為1.0h,改性溫度為85℃的前提下,考察改性劑的用量對氫氧化鋁表面效果的影響。(1)改性劑用量對黏度的影響。從圖3曲線可以看出,隨著改性劑用量的增多,氫氧化鋁粉體在液體石蠟中的黏度逐漸降低,當(dāng)改性劑用量達到3%時,氫氧化鋁粉體在液體石蠟中的黏度與液體石蠟的黏度相近。說明氫氧化鋁與液體石蠟的混合摩擦減小,潤滑性能變好。但是改性劑用量越大,成本越高。由此,單純考慮改性劑用量對黏度的影響,確定改性劑用量為3%。(2)改性劑用量對吸油值的影響。從圖4曲線可以看出,隨著改性劑用量的增多,氫氧化鋁粉體團聚減少,顆粒間的空隙減少,當(dāng)改性劑用量達到3%時,氫氧化鋁粉體的表面由極性變?yōu)榉菢O性,顆粒間的摩擦最小,潤滑性能最好,吸油值最小。之后吸油值隨改性劑用量的增加而增加,但變化趨勢不大。由此,單純考慮改性劑用量對吸油值的影響,確定改性劑用量為3%。(3)改性劑用量對堆積密度的影響。從表2中的數(shù)據(jù)可以看出,隨著改性劑用量的增多,氫氧化鋁粉體顆粒間的空隙間的摩擦減少,分散性能提高,堆積密度增大,當(dāng)改性劑用量達到3%時,堆積密度達到最大值,之后隨著改性劑用量的增加而降低。由此,單純考慮改性劑用量對堆積密度的影響,確定改性劑用量為3%。綜合考慮,改性劑用量對改性效果有一定的影響,改性劑用量很少時,改性效果不明顯,但改性劑用量越多,成本越大,由此確定改性劑用量為3%。2.3改性時間的確定在固定改性劑用量為3%,改性溫度為85℃的前提下,考察改性時間對氫氧化鋁粉體表面改性效果的影響。(1)改性時間對黏度的影響。從圖5曲線可以看出,當(dāng)改性時間太短時,改性劑不能完全吸附在氫氧化鋁粉體表面;當(dāng)改性時間延長到1.0h時,改性劑與氫氧化鋁充分反應(yīng),使氫氧化鋁表面由極性變?yōu)榉菢O性,使氫氧化鋁粉體在液體石蠟中的黏度達到最低值,再延長改性時間黏度升高但變化趨勢不大。因此,單純考慮改性時間對黏度影響,確定改性時間為1.0h。(2)改性時間對吸油值的影響。從圖6曲線可以看出,隨著改性時間的延長氫氧化鋁粉體的吸油值明顯降低,因為陰離子表面活化劑吸附于氫氧化鋁團粒質(zhì)點表面上時,可使團粒中質(zhì)點獲得相同符號的電荷,質(zhì)點互相排斥而易分散在聚合物單體中。使氫氧化鋁粉體表面由親水性變?yōu)橛H油性,在聚合物中有較好的分散性,吸油值降低,但當(dāng)改性時間超過1.0h后吸油值緩慢升高。因此,單純考慮改性時間對吸油值的影響,確定改性時間為1.0h。(3)改性時間對堆積密度的影響。從表3中的數(shù)據(jù)可以看出,隨著改性時間的延長氫氧化鋁粉體的堆積密度明顯升高,當(dāng)改性時間超過1.0h后堆積密度緩慢降低。因為改性劑分子之間以物理吸附存在,當(dāng)改性時間超過1.0h后,物理間的作用力變?nèi)?改性劑分子脫落,堆積密度降低。因此,單純考慮改性時間對堆積密度的影響,確定改性時間為1.0h。綜合考慮,改性時間對改性效果也有一定的影響,在較短的時間內(nèi)氫氧化鋁粉體表面包覆很少的改性劑分子,但時