氫氧化鋁填料表面改性實踐

錢家濤

（中鋁山東有限公司 生產管理部，山東 淄博255051）

1　前言

氫氧化鋁填料具有阻燃、消煙作用，其改性產品在電線電纜行業的應用愈來愈廣泛。采用物理或化學方法對氫氧化鋁填料進行表面處理，有目的的改變其表面物理化學性質的工藝，即為氫氧化鋁表面改性。氫氧化鋁填料表面改性方法有包覆處理改性、沉淀反應改性、表面化學改性、機械處理改性、高能處理改性、膠囊化改性等，使用化學改性方法生產的氫氧化鋁填料主要在塑料和橡膠生產中使用，以起補強作用。常用的表面改性劑有偶聯劑、高級脂肪酸及其鹽、不飽和有機酸和有機硅等，其中以偶聯劑最為常用。偶聯劑按化學結構分為硅烷類、鈦酸酯類、鋯類和有機鉻合物等類型。中鋁山東有限公司主要采用硅烷、鋯類偶聯劑及硬脂酸（高級脂肪酸）進行氫氧化鋁填料表面改性處理，下面對氫氧化鋁填料改性劑的種類，改性機理、方法及改性效果等實踐進行簡述。

2　表面改性劑應用實踐

2.1　改性設備

改性設備目前主要有混合機、高速攪拌機、高速捏合機、液態化床、能流磨合反應釜等。中鋁山東有限公司結合當前的生產條件現狀，進行了對相關生產設備的考察研究。經過多次試驗后，選擇了適合生產工藝的高速捏合機與混合機為氫氧化鋁填料改性的主要生產設備。工藝流程為：氫氧化鋁填料→干燥器→捏合機捏合（改性劑及助劑）→干燥分散→改性活化產品。

2.2　高級脂肪酸及其鹽

表面改性劑常用的有硬脂酸和硬脂酸鹽。在高級脂肪酸及其鹽的分子結構中，一端為長鏈烷基，另一端為可與氫氧化鋁填料表面官能團發生化學反應的羧基及其金屬鹽。用高級脂肪酸及其鹽處理氫氧化鋁填料類似偶聯劑的作用，可改善填料和聚合物分子的親和性，改善制品的力學性能和加工性能。硬酯酸主要與氫氧化鋁表面產生化學吸附從而達到改性目的。

2.3　偶聯劑

偶聯劑是兩性結構物質，分子中的一部分基團可與氫氧化鋁填料表面的各種官能團反應，形成強有力的化學鍵合；另一部分基團與有機高分子發生化學反應或物理纏繞，從而將氫氧化鋁填料與有機基體兩種性質差異很大的材料牢固結合在一起，在塑料、橡膠等復合材料中使用偶聯劑還可改變體系的流變性能，提高氫氧化鋁填料的添加量，減少復合材料中母體用量，降低生產成本。

鋯類偶聯劑由含有鋁酸鋯的低相對分子質量無機聚合物在分子主鏈上絡合兩種有機配位基組成，一種配位基賦予偶聯劑良好的羥基穩定性，另一種配位基則賦予偶聯劑良好的有機反應性，其對氫氧化鋁填料有較好的改性效果。

硅烷偶聯劑現有百余種，按分子中R官能團的結構，有機硅烷偶聯劑分為α—官能團、β—官能團和γ—官能團硅烷偶聯劑。β—官能團硅烷偶聯劑結構不穩定，無使用價值。γ—官能團硅烷偶聯劑最穩定，其用于熱塑性和熱固性中加填的氫氧化鋁改性處理，改善制品強度十分顯著。α—官能團硅烷偶聯劑穩定性介于β和γ之間，除增強制品的力學性能外，α—官能團硅烷偶聯劑還能使制品的電學性能和防潮性能得以改善，其處理的氫氧化鋁改性產品適合在電線電纜行業應用。水解反應式和縮合反應式如下：

與顆粒表面羥基作用生成氫鍵，然后脫水，轉為共價鍵，將氫氧化鋁與偶聯劑緊密聯系在一起。

3　改性效果

改性后，對效果的評價有多種方法，其中表面濕潤性評價法操作較簡單，應用較廣泛。由于氫氧化鋁填料表面經改性處理后變為非極性，對水呈現疏水性，通過測定改性氫氧填料在水面上漂浮量的多少即可反映改性效果，所以主要采用活性系數測定法，測定結果使用活化指數來代表。活化指數=（樣品中漂浮部分重量/樣品總重量）×100%。未改性時活化指數為0；改性后活化指數＞90%。

表面改性的氫氧化鋁填料在經過客戶試用后，其產品的抗伸強度由改性前的12 MPa升高至13.5 MPa；老化抗伸強度變化率由16%降低到7%；80℃×hr熱變形率由5%到提高到11%；體積電阻率由1.8×1011Ω·m提高到2.9×1011Ω·m，客戶反饋效果良好，完全符合客戶的標準要求，并且增強了電線電纜等復合材料的力學性能，提高了氫氧化鋁填料的填充量，降低了其產品的成本。

氫氧化鋁填料表面改性是氫氧化鋁深加工的技術之一，氫氧化鋁填料改性后，為低成本高附加值產品，使復合材料具有良好的分散性、流動性和穩定性，不但滿足了客戶的需求，同時也在電線電纜等行業有了更廣泛的應用。