[发明专利]一种表面改性的氢氧化铝阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工产品及其制备方法，尤其是涉及一种表面改性的氢氧化铝阻燃剂及其制备方法。

背景技术

氢氧化铝(Al(OH)₃)作为阻燃剂在高分子材料中具有广泛应用。在受热温度超过200℃的情况下，氢氧化铝开始分解生成氧化铝和水。反应过程是吸热的，从而降低高分子材料的温度；释放出的水蒸汽占氢氧化铝重量的34.6％，可以对空气和分解产生的可燃性气体进行稀释。上述因素可以使添加氢氧化铝的高分子材料具有阻燃性。许多阻燃剂的阻燃是靠产生高密度的气体覆盖在可燃物的表面，并切断燃烧时的自由基链来达到阻燃的目的，但这些气体形成很大的烟雾，而且有毒，造成人员窒息而导致死亡。氢氧化铝阻燃剂的另外一个特点是它的抑烟性能，能够有效降低其它阻燃剂和材料本身产生的烟雾。作为低烟环保的阻燃剂越来越受到重视。

工业氢氧化铝的生产通常是采用Bayer法或碳化法完成的，粒径在20-200μm，表面含有大量的羟基，与高分子材料的相容性很差，界面难以良好结合，添加量有限，对高分子材料性能影响大，很少直接作为阻燃剂使用的。必须调整到合适的粒径并进行表面改性才能作为阻燃剂进行使用。CN1401697提供了一种氢氧化铝阻燃的聚丙烯阻燃材料及其制造方法，氢氧化铝阻燃剂以丙烯酸接枝聚丙烯改性剂改性增加和PP材料的相容性能，但该方法直接制备的是一种阻燃聚丙烯材料，且丙烯酸具有一定的酸性，将会影响高分子材料的物理性能和加工性能。CN1752130以纳米氢氧化铝为原料，采用钛酸酯偶联剂进行表面改性，但偶联剂用量较大，成本较高。CN1418929提供了一种氢氧化铝阻燃剂的制备方法，将制备的氢氧化铝采用碳酸钙、硅酸盐、磷酸盐等无机盐进行包覆处理，再加入2％-12％的含磷基硅烷或钛酸脂表面改性剂，但采用的无机添加剂会带入碱金属和碱土金属离子，偶联剂的用量较大，成本较高。US5,215,581采用没食子酸等苯酚类衍生物对氢氧化铝和氢氧化镁进行表面处理，处理过的阻燃剂即使添加量达到70％，高分子材料仍然具有良好的加工性能，但苯酚类衍生物经过氧化后会产生色泽，影响高分子材料外观。

由于氢氧化铝约200℃开始脱水，而许多高分子材料的加工温度超过200℃，为使氢氧化铝阻燃剂满足加工温度要求，必须提高氢氧化铝的脱水温度。一种方法是对氢氧化铝进行预热处理，脱除部分水分，部分氢氧化铝形成勃姆石(AlOOH)，生成的勃姆石中剩余结晶水的脱水温度超过520℃，已经超过了塑料材料阻燃的有效温度范围，这就造成了氢氧化铝阻燃性能的下降。同时脱水后的氢氧化铝表面生成许多毛细孔，比表面积增加，容易吸水，对阻燃剂的填充和材料的加工性能造成一定影响。氢氧化铝粒径的超细化(例如粒径小于1μm)可以防止勃姆石的形成，提高阻燃效率。但粒径越细，氢氧化铝的比表面积越大，影响了氢氧化铝在材料中的添加量，使添加了氢氧化铝的材料的加工变得困难。许多研究发现，为防止勃姆石的生成不需要对所有氢氧化铝进行超细化，采用粗细粒子结合的方式可以达到同样的目的。US4,251,430介绍了一种氢氧化铝阻燃剂，其中含有10-30％的粒径低于1微米的超细氢氧化铝和45-75％粒径为38-150微米的粗氢氧化铝的组合物，该阻燃剂具有良好的加工性能，阻燃剂的添加量大大增加，然而该发明没有介绍粗细粒子的氢氧化铝的制备方法。US6,514,477同样采用混合的粗细粒子结合的氢氧化铝作为阻燃剂，其中10％粒径范围为0.5-1.5微米的超细氢氧化铝，90％为粒径范围为20-35微米的氢氧化铝，可用于印刷电路板的生产，同样该发明也未涉及粗细粒子氢氧化铝的制备工艺。

氢氧化铝阻燃剂只有在用量较大的情况下才会表现出较好的阻燃效果。因此如何采用便宜的表面处理方法进行表面处理，保持氢氧化铝阻燃剂阻燃性能的同时，降低氢氧化铝阻燃剂的成本，同时具有与橡胶塑料制品具有良好相容性和分散性，在高添加量的情况下保持橡胶塑料材料良好的性能，是氢氧化铝阻燃剂的发展方向。

发明内容

本发明提供了一种表面改性的氢氧化铝阻燃剂，和改阻燃剂的制备方法。

本发明的上述目的主要是通过下述技术方案得以实现的：该阻燃剂由氢氧化铝添加表面处理剂和偶联剂制成，所述表面处理剂为烷基亚磷酸酯、芳基亚磷酸酯、磷酸酯的任意一种或者是两种的混合物；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述阻燃剂各组分配比按重量份数计为：氢氧化铝88～99.5份、表面处理剂0.5～10份、硅烷偶联剂0～2.0份；。所述烷基/芳基亚磷酸酯具有如下结构：