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氫氧化鋁的市場需求與應用
日期:[2018/1/4 14:13:24]   文章錄入:www.131086.live   共閱[1212]次
一、氫氧化鋁阻燃劑的市場需求狀況 
  全球領先的大型ATH廠商依次為Alcoa、Huber、Alcan,這3家公司年銷售額各為3300萬美元,各占ATH市場總份額的15%。緊隨這3家之后的是Albemarle公司(含Martinswerk),年銷售額約為2200萬美元,占市場份額略高于10%。其次還有AluChem和Nabaltec,各占市場份額的7%~8%;日本的昭和電工(Showa Denko)和住友(Sumitomo)各占市場份額的5%(年銷售額約1100萬美元)。
  2002年全球氫氧化鋁產量約占全球阻燃劑總產量的40%,全球氫氧化鋁銷售額為2.6億美元,約占阻燃劑銷售額23億美元的11%。全球氫氧化鋁平均年增長率為5%,比全部阻燃劑年均增長率還稍微高一些。2005年底的研究報告顯示,未來5年全球市場阻燃劑需求將以年均4.8%的速度增長,到2009年需求量將達到220萬噸。BBC發布的最新技術市場研究報告顯示,預計2010年全球市場阻燃劑需求量將達到154萬噸,銷售額將達到46億美元。而氫氧化鋁的需求量預計將超過60萬噸。目前國外已大量使用無機阻燃劑,無機阻燃劑以氫氧化鋁和氫氧化鎂為主,美國、日本、西歐無機阻燃劑消費量分別占阻燃劑總消費量的60%、64%、50%。而我國阻燃劑研究起步較晚,雖已取得了的發展,但是與先進國家比起來,在產量和品種結構上都還有一定的差距。無鹵、高效、低煙、低毒新型阻燃劑是當今阻燃劑的發展方向。氫氧化鋁的超細化、發展高性能的增效劑、開發高效的表面處理劑是氫氧化鋁阻燃劑的發展方向[18]。
二、氫氧化鋁阻燃劑的應用
  ATH的用途極其廣泛,它不僅用于阻燃,也用于消煙和減少材料的腐蝕性氣體的生成量;不僅可單獨使用,也常與其它阻燃劑并用。對于加工溫度低于ATH分解溫度(190~230 ℃)的聚合物來說,ATH是一種優良的阻燃材料,用于彈性體、熱固性樹脂及熱塑性塑料等,也大量用于生產阻燃地毯的苯乙烯-丁二烯膠乳中,用于生產阻燃絕緣橡膠電纜、保溫泡沫塑料、傳送皮帶、屋頂天棚及軟管中。用于盥洗室器具、裝飾墻體、各種套罩、汽車防護罩、坐具、卡車零部件等,以及電子元件包括絕緣體及線路板,建筑施工用具等。納米氫氧化鋁還能應用于工程塑料(航空材料、軍用艦艇等)中。
  目前,ATH常用作填料型阻燃劑,用于阻燃EVA、LDPE、LLDPE電纜料(包覆層及絕緣層)[19],也用于阻燃PP和很多熱固性高聚物(如不飽和聚酯、環氧樹脂等)。在ATH在添加量40%時,可顯著減緩PE、PP、PVC及ABS(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物)等的熱分解溫度,具有良好的阻燃及抑煙效果。添加50%氫氧化鋁的聚烯烴,在日本主要用于食品包裝材料,添加60%氫氧化鋁阻燃聚烯烴可用作建筑材料及汽車、船舶的內部裝飾材料。
(一)在硬聚氯乙烯塑料制品中的應用
  隨著建材工業的發展,硬聚氯乙烯(PVC)塑料制品(線槽、管材、門窗等異型材)得到了廣泛的應用,成為國民經濟和日常生活中必不可少的一種材料。但是,它燃燒時會產生大量煙霧,分解有毒和腐蝕性氣體,令人窒息,是火災時人員死亡的主要原因。把ATH應用于PVC后有效的克服了上述缺點。
  超微細水合氧化鋁能提高PVC塑料的氧指數,經偶聯劑表面處理過的ATH還能顯著降低塑料的煙密度,而且材料的機械性能影響很小,在用量20~30份范圍內,是一種優良的阻燃、消煙劑,具有廣泛應用前景[20]。
(二)  在聚丙烯中的應用
(1)ATH在聚丙烯(PP)中具有明顯的阻燃和消煙作用,隨著ATH用量的增加,其氧指數呈直線上升,而燃燒速度和發煙量明顯下降。
(2)ATH粒徑愈小阻燃性愈好,對機械性能的不良作用愈小。
(3)采用有效的活化劑對ATH進行表面處理是ATH在聚丙烯中應用的不可缺少的一環。經活化處理的ATH對PP的阻燃性和機械性能的影響明顯小于未經活化處理的ATH。
(4)ATH可和磷系、鹵系阻燃劑并用,提高阻燃性能[21]。
(三)在對苯二甲酸丁二醇酯中的應用
對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)工程塑料是一種新型民用及工業用材料,主要應用于電子、電氣、機械、汽車等領域。
(1)采用納米ATH作為阻燃劑應用于PBT樹脂中。
(2)隨納米ATH用量的增加,PBT復合體系的拉伸強度、沖擊強度、斷裂伸長率先增加后降低,即納米ATH添加量較少時對復合體系具有增韌增強的作用。
(3)對于PBT體系,納米ATH具有抑制聚合物分解,促進成炭的作用,有較好的阻燃作用。為了更好地發揮納米ATH的阻燃作用,最好選用合適的協效劑,以抑制其分解產物的負面效應[22]。
(四)在聚乙烯中的應用
  聚乙烯(PE)是一種質輕無毒、具有優良電絕緣性能和耐化學腐蝕的熱塑性材料,應用面廣。但由于PE樹脂呈非極性,與添加量大的無機阻燃ATH的相容性較差,簡單共混雖可以提高某一方面的性能,但體系力學性能下降太多,不能滿足實際應用的需要。針對上述的不足,可對ATH進行改性與處理。
(1)添加阻燃增效劑。這種方法可以提高阻燃能力,減少阻燃劑的用量,能有效抑制材料燃燒時的滴落現象,而且其和ATH有協同效應,起到改善材料力學性能的作用。阻燃增效劑有:有機硅化合物、紅磷及磷化合物、硼酸鋅、金屬氧化物等。
(2)改善ATH阻燃劑與樹脂基體的相容性。方法是用偶聯劑或表面活性劑等對無機顆粒進行處理或對基體樹脂進行接枝處理。
(五)ATH作為造紙填料的應用
  ATH作為特種無機填料,在歐美等造紙工業發達國家早已被廣泛用于特種紙及高品質涂布加工紙張中,如裝飾原紙、墻紙原紙、高級食品包裝用紙、煙草用紙、彩噴紙等產品中,ATH的加入可以提高紙張的平滑度、光澤度、亮度等指標,改善紙張的印刷性能,并降低生產成本,效果明顯。同時,ATH作為一種新型的環保型阻燃填料,在賦予紙張優異的阻燃性能的同時,不會產生新的有毒物質,不影響印刷性能等質量指標,使用方便,是名副其實的環保型紙用阻燃劑。我國現已成功引進了德國公司生產的ATH系列產品,并己推廣應用于裝飾原紙、彩噴紙、高品質涂布紙等紙種中。
(六)ATH在防火涂料中的應用
  ATH用于防火涂料中也主要起阻燃和消煙作用,在受火甚至在持續的火焰作用下,不會分解成為氣體化合物而燒失,它的穩定性高,可以起到經久耐燃的作用,從而使防火涂料具有高效隔熱防火性能。氫氧化鋁雖然價廉、易得,并能起到減少毒氣和煙霧的作用,但同有機類阻燃劑相比,要達到同樣阻燃效果,需要添加的量較大,這樣往往會影響涂料的其它物理力學性能。因此用它作阻燃劑時,一般不單獨使用,多與其它類型阻燃劑配合使用。氫氧化鋁白度高、粒徑較細、折射率較低,經表面處理可由親水性變成親油性,增強與樹脂的親和力,亦可作為防火涂料的體質顏料使用,這樣就能得到價格便宜、性能較好的防火涂料。
(七)ATH在阻燃氯丁護套中的應用
  電線電纜等包裹阻燃氯丁護套,應用十分廣泛。將ATH應用于阻燃氯丁膠中,物理機械性能、阻燃性能、工藝性能良好。而且該ATH體系的成本與使用以往的十溴聯苯醚等阻燃劑的體系相比較,材料成本有明顯降低,電纜燃燒時的毒性大幅度下降,該項目的實施具有良好的經濟效益和社會效益[9]。
當今世界環保要求越來越高,環保型阻燃劑的開發和使用受到各國重視,氫氧化鋁阻燃劑就是其中之一。氫氧化鋁阻燃劑以價廉、無毒、無鹵、抑煙、不揮發、不被水影響、燃燒時不產生有毒氣體和腐蝕性氣體等優點而受到人們的青睞。有關的研究、開發、生產活動十分活躍,應用領域不斷拓展,需求量不斷增加。
  氫氧化鋁阻燃劑也存在一些不足之處,如在樹脂中的添加量大,因而對加工工藝及最后產品的性能有較嚴重的影響等,未來改進氫氧化鋁阻燃劑性能的研究將集中于下述幾個方面:
1)ATH的超細化,增加表面積,增強阻燃效果,降低阻燃劑的用量,同時提高材料的力學性能和耐熱性能。
2)開發高效表面處理劑,增強與有機高分材料相容性,提高阻燃性能,減小對材料物理機械性能的影響。
3)研究開發高性能的阻燃協效劑,改善ATH填充體系的性能,如提高阻燃性、抑制滴落、改善機械性能等。    
 
 
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