錢家濤

（中鋁山東有限公司 生產(chǎn)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(chǎn)品在電線電纜行業(yè)的應(yīng)用愈來愈廣泛。采用物理或化學(xué)方法對氫氧化鋁填料進(jìn)行表面處理，有目的的改變其表面物理化學(xué)性質(zhì)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(yīng)改性、表面化學(xué)改性、機械處理改性、高能處理改性、膠囊化改性等，使用化學(xué)改性方法生產(chǎn)的氫氧化鋁填料主要在塑料和橡膠生產(chǎn)中使用，以起補強作用。常用的表面改性劑有偶聯(lián)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(lián)劑最為常用。偶聯(lián)劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)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(lián)劑及硬脂酸（高級脂肪酸）進(jìn)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(jìn)行簡述。

2　表面改性劑應(yīng)用實踐

2.1　改性設(shè)備

改性設(shè)備目前主要有混合機、高速攪拌機、高速捏合機、液態(tài)化床、能流磨合反應(yīng)釜等。中鋁山東有限公司結(jié)合當(dāng)前的生產(chǎn)條件現(xiàn)狀，進(jìn)行了對相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的考察研究。經(jīng)過多次試驗后，選擇了適合生產(chǎn)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(chǎn)設(shè)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)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(lián)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(xué)性能和加工性能。硬酯酸主要與氫氧化鋁表面產(chǎn)生化學(xué)吸附從而達(dá)到改性目的。

2.3　偶聯(lián)劑

偶聯(lián)劑是兩性結(jié)構(gòu)物質(zhì)，分子中的一部分基團(tuán)可與氫氧化鋁填料表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)，形成強有力的化學(xué)鍵合；另一部分基團(tuán)與有機高分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞，從而將氫氧化鋁填料與有機基體兩種性質(zhì)差異很大的材料牢固結(jié)合在一起，在塑料、橡膠等復(fù)合材料中使用偶聯(lián)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(fù)合材料中母體用量，降低生產(chǎn)成本。

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

硅烷偶聯(lián)劑現(xiàn)有百余種，按分子中R官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)，有機硅烷偶聯(lián)劑分為α—官能團(tuán)、β—官能團(tuán)和γ—官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑。β—官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，無使用價值。γ—官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑最穩(wěn)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(tuán)硅烷偶聯(lián)劑穩(wěn)定性介于β和γ之間，除增強制品的力學(xué)性能外，α—官能團(tuán)硅烷偶聯(lián)劑還能使制品的電學(xué)性能和防潮性能得以改善，其處理的氫氧化鋁改性產(chǎn)品適合在電線電纜行業(yè)應(yīng)用。水解反應(yīng)式和縮合反應(yīng)式如下：

與顆粒表面羥基作用生成氫鍵，然后脫水，轉(zhuǎn)為共價鍵，將氫氧化鋁與偶聯(lián)劑緊密聯(lián)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(yīng)用較廣泛。由于氫氧化鋁填料表面經(jīng)改性處理后變?yōu)榉菢O性，對水呈現(xiàn)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(shù)測定法，測定結(jié)果使用活化指數(shù)來代表?；罨笖?shù)=（樣品中漂浮部分重量/樣品總重量）×100%。未改性時活化指數(shù)為0；改性后活化指數(shù)＞90%。

表面改性的氫氧化鋁填料在經(jīng)過客戶試用后，其產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)要求，并且增強了電線電纜等復(fù)合材料的力學(xué)性能，提高了氫氧化鋁填料的填充量，降低了其產(chǎn)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(shù)之一，氫氧化鋁填料改性后，為低成本高附加值產(chǎn)品，使復(fù)合材料具有良好的分散性、流動性和穩(wěn)定性，不但滿足了客戶的需求，同時也在電線電纜等行業(yè)有了更廣泛的應(yīng)用。