氢氧化铝填料表面改性实践

钱家涛

（中铝山东有限公司 生产管理部，山东 淄博255051）

1　前言

氢氧化铝填料具有阻燃、消烟作用，其改性产品在电线电缆行业的应用愈来愈广泛。采用物理或化学方法对氢氧化铝填料进行表面处理，有目的的改变其表面物理化学性质的工艺，即为氢氧化铝表面改性。氢氧化铝填料表面改性方法有包覆处理改性、沉淀反应改性、表面化学改性、机械处理改性、高能处理改性、胶囊化改性等，使用化学改性方法生产的氢氧化铝填料主要在塑料和橡胶生产中使用，以起补强作用。常用的表面改性剂有偶联剂、高级脂肪酸及其盐、不饱和有机酸和有机硅等，其中以偶联剂最为常用。偶联剂按化学结构分为硅烷类、钛酸酯类、锆类和有机铬合物等类型。中铝山东有限公司主要采用硅烷、锆类偶联剂及硬脂酸（高级脂肪酸）进行氢氧化铝填料表面改性处理，下面对氢氧化铝填料改性剂的种类，改性机理、方法及改性效果等实践进行简述。

2　表面改性剂应用实践

2.1　改性设备

改性设备目前主要有混合机、高速搅拌机、高速捏合机、液态化床、能流磨合反应釜等。中铝山东有限公司结合当前的生产条件现状，进行了对相关生产设备的考察研究。经过多次试验后，选择了适合生产工艺的高速捏合机与混合机为氢氧化铝填料改性的主要生产设备。工艺流程为：氢氧化铝填料→干燥器→捏合机捏合（改性剂及助剂）→干燥分散→改性活化产品。

2.2　高级脂肪酸及其盐

表面改性剂常用的有硬脂酸和硬脂酸盐。在高级脂肪酸及其盐的分子结构中，一端为长链烷基，另一端为可与氢氧化铝填料表面官能团发生化学反应的羧基及其金属盐。用高级脂肪酸及其盐处理氢氧化铝填料类似偶联剂的作用，可改善填料和聚合物分子的亲和性，改善制品的力学性能和加工性能。硬酯酸主要与氢氧化铝表面产生化学吸附从而达到改性目的。

2.3　偶联剂

偶联剂是两性结构物质，分子中的一部分基团可与氢氧化铝填料表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合；另一部分基团与有机高分子发生化学反应或物理缠绕，从而将氢氧化铝填料与有机基体两种性质差异很大的材料牢固结合在一起，在塑料、橡胶等复合材料中使用偶联剂还可改变体系的流变性能，提高氢氧化铝填料的添加量，减少复合材料中母体用量，降低生产成本。

锆类偶联剂由含有铝酸锆的低相对分子质量无机聚合物在分子主链上络合两种有机配位基组成，一种配位基赋予偶联剂良好的羟基稳定性，另一种配位基则赋予偶联剂良好的有机反应性，其对氢氧化铝填料有较好的改性效果。

硅烷偶联剂现有百余种，按分子中R官能团的结构，有机硅烷偶联剂分为α—官能团、β—官能团和γ—官能团硅烷偶联剂。β—官能团硅烷偶联剂结构不稳定，无使用价值。γ—官能团硅烷偶联剂最稳定，其用于热塑性和热固性中加填的氢氧化铝改性处理，改善制品强度十分显著。α—官能团硅烷偶联剂稳定性介于β和γ之间，除增强制品的力学性能外，α—官能团硅烷偶联剂还能使制品的电学性能和防潮性能得以改善，其处理的氢氧化铝改性产品适合在电线电缆行业应用。水解反应式和缩合反应式如下：

与颗粒表面羟基作用生成氢键，然后脱水，转为共价键，将氢氧化铝与偶联剂紧密联系在一起。

3　改性效果

改性后，对效果的评价有多种方法，其中表面湿润性评价法操作较简单，应用较广泛。由于氢氧化铝填料表面经改性处理后变为非极性，对水呈现疏水性，通过测定改性氢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数测定法，测定结果使用活化指数来代表。活化指数=（样品中漂浮部分重量/样品总重量）×100%。未改性时活化指数为0；改性后活化指数＞90%。

表面改性的氢氧化铝填料在经过客户试用后，其产品的抗伸强度由改性前的12 MPa升高至13.5 MPa；老化抗伸强度变化率由16%降低到7%；80℃×hr热变形率由5%到提高到11%；体积电阻率由1.8×1011Ω·m提高到2.9×1011Ω·m，客户反馈效果良好，完全符合客户的标准要求，并且增强了电线电缆等复合材料的力学性能，提高了氢氧化铝填料的填充量，降低了其产品的成本。

氢氧化铝填料表面改性是氢氧化铝深加工的技术之一，氢氧化铝填料改性后，为低成本高附加值产品，使复合材料具有良好的分散性、流动性和稳定性，不但满足了客户的需求，同时也在电线电缆等行业有了更广泛的应用。