新型無機(jī)阻燃劑氫氧化鎂的特點和阻燃機(jī)理簡介

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2008-01-02 15:49:24點擊率：

孫永明　劉建蘭　俞　斌(南京工業(yè)大學(xué)理學(xué)院,南京210009)
　　金屬氫氧化物阻燃劑中,氫氧化鋁進(jìn)入市場早,消費量比氫氧化鎂大得多。盡管得到合適的晶形已經(jīng)很多年,氫氧化鎂晶體生長比較難控制,原來生產(chǎn)氫氧化鎂的過程很復(fù)雜,導(dǎo)致氫氧化鎂價格相對高,一直困擾著它的實際應(yīng)用[1]。近年來在沉淀法和水合法基礎(chǔ)上開發(fā)了氫氧化鎂生產(chǎn)的新工藝,使得氫氧化鎂具有取代氫氧化鋁的趨勢。

1氫氧化鎂阻燃劑的特點　　氫氧化鎂Ｍｇ(ＯＨ)2,白色固體粉末,不溶于堿性物質(zhì),受熱分解為氧化鎂和水,加熱到340℃時開始分解,430℃時分解速度快,到490℃時完全分解。氫氧化鎂晶體屬于2價金屬水合物族,晶體結(jié)構(gòu)是層狀的ＣｄＩ2型,形成連續(xù)的六邊形,Ｍｇ2+層和ＯＨ-層互相重疊,每個鎂離子被6個氫氧根離子配合從而形成Ｍｇ(ＯＨ)6八面體。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下:Ｍｇ(ＯＨ)2(ｓ)ＭｇＯ(ｓ)+Ｈ2Ｏ(ｇ)△Ｈ=81.02ｋＪ/ｍｏｌ同樣作為無機(jī)阻燃劑,氫氧化鎂與氫氧化鋁相比具有很多優(yōu)點:①氫氧化鋁熱分解溫度為245～320℃,與氫氧化鎂分解溫度340～490℃相比,有效使用范圍低,適合用于加工溫度比較低的樹脂如ＡＢＳ、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂等。氫氧化鋁由于分解溫度較低,其中部分結(jié)晶水在材料加工時已經(jīng)分解,易使制品多泡、多孔,自身的阻燃效果也下降。而氫氧化鎂能使得被填加的材料承受更高的加工溫度,有利于加快擠塑速度,縮短模塑時間。而且氫氧化鎂的分解能比氫氧化鋁大、熱容高,能夠吸入更多的熱量,阻燃效果更好[2]。②氫氧化鎂的粒度比氫氧化鋁小,對材料加工設(shè)備磨損小,有利于延長設(shè)備的使用壽命。③氫氧化鎂的減煙效果比氫氧化鋁好,能中和聚合物燃燒產(chǎn)生的有毒氣體如二氧化硫、二氧化碳等。④原料豐富、易得,海水資源中含有大量的鎂鹽,同時還有鎂礦如菱鎂礦、白云石和水鎂石等。

2氫氧化鎂阻燃的機(jī)理　　氫氧化鎂屬于填加型阻燃劑,受熱分解釋放出水氣,同時吸收了大量的熱量,可以降低材料表面的溫度,使得聚合物降解的速度放慢,隨之小分子可燃物質(zhì)的產(chǎn)生也減少。釋放出來的水氣稀釋了表面的氧氣,使燃燒難以進(jìn)行。氫氧化鎂在材料表面形成炭化層,阻止氧氣和熱量的進(jìn)入,并且氫氧化鎂分解生成的氧化鎂是耐火材料,所以當(dāng)燃燒源消失,火就自動停止,起到阻燃的效果。由于氫氧化鎂阻燃作用主要發(fā)生在聚合物降解區(qū),減少可燃物的產(chǎn)生,而對預(yù)燃區(qū)作用很少,可燃物的完全燃燒影響很小,產(chǎn)生的煙霧也減少,并且氫氧化鎂可以沖淡和吸收煙霧,所以氫氧化鎂具有減煙效果[3]。

3氫氧化鎂的制備

3.1　氫氧化鎂阻燃劑的特性要求普通氫氧化鎂一般為無定形或六方晶形晶體,比表面積大,晶粒容易2次聚集,極性很強(qiáng),填充在樹脂、塑料等中時分散性不好,而且容易使得材料機(jī)械強(qiáng)度明顯下降,特別是沖擊強(qiáng)度,所以普通氫氧化鎂是不適合用作填充用阻燃劑。氫氧化鎂用作阻燃劑時,必須經(jīng)過特殊處理和表面改性,具備特定的晶形。一般要求:①晶形為纖維形,這樣能夠增加材料的延伸率和撓曲強(qiáng)度。②純度必須高,純度越高,阻燃效果越好。③顆粒越小越好實驗證明納米氫氧化鎂作為阻燃劑填充到材料中時,各方面性能包括阻燃效果、消煙和機(jī)械性能都比微米氫氧化鎂優(yōu)越。④表面極性低,普通氫氧化鎂正是由于表面極性高、微觀內(nèi)應(yīng)力大,作為阻燃劑填充到材料中時影響了材料的機(jī)械性能。當(dāng)表面極性低時,顆粒積聚成團(tuán)性降低,在材料中分散性和相容性增加,對材料機(jī)械性能影響減少[4]。所以要用適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┘坝昧窟M(jìn)行表面處理,來提高與高分子聚合物的相容性。⑤比表面積小于20ｍ2/ｇ,在(101)方位扭歪值小于3.0×0.001,(101)方位的晶體尺寸大于80ｎｍ,只有具備以上特性的氫氧化鎂才能和材料比較好的相容。

3.2　氫氧化鎂的表面改性氫氧化鎂的表面處理可以用表面活性劑和氫氧化鎂顆粒表面起化學(xué)反應(yīng),另外也可用表面活性劑對氫氧化鎂顆粒表面包覆。兩者均是改變顆粒表面狀態(tài),使得顆粒產(chǎn)生新的性能,和材料相容性更好,防止降低材料機(jī)械性能[5、6]。常用的氫氧化鎂表面改性劑是偶聯(lián)劑、硬脂酸鈉、油酸鈉和鈦酸脂等,用量1%～3%。

3.3　氫氧化鎂阻燃劑的生產(chǎn)方法工業(yè)上生產(chǎn)氫氧化鎂阻燃劑主要有5種方法:(1)用石灰石和鹵水反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鎂;(2)用氫氧化鈉和鹵水、鹵塊反應(yīng)制氫氧化鎂;(3)利用煅燒過的菱鎂礦、白云石和鹵水、鹵塊反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鎂;(4)利用ＭｇＯ水合生成氫氧化鎂,這里的ＭｇＯ必須是輕燒產(chǎn)品以保證水合的活性[7];(5)直接把天然的水鎂石和表面改性劑混合研磨,處理以后得到氫氧化鎂阻燃劑。

4氫氧化鎂阻燃劑發(fā)展方向　　(1)簡化鹵化生產(chǎn)工藝,降低水鎂石研磨時的能耗。(2)制備高純超細(xì)的氫氧化鎂,納米氫氧化鎂阻燃消煙效果更好。(3)選擇合適的表面改性劑和用量,提高氫氧化鎂在材料的分散性、相容性。(4)研制新的復(fù)合阻燃劑。

5氫氧化鎂的其它用途　　氫氧化鎂除了用作無機(jī)阻燃劑以外,還可以用在廢水處理中的無污染的中和劑,造紙工業(yè)中的填料、煙道氣的脫硫劑和重金屬脫除等領(lǐng)域。近來有日本科學(xué)家報道,利用ＭｇＯ/Ｍｇ(ＯＨ)2體系反復(fù)進(jìn)行水合及水解反應(yīng)來制造熱泵,可以在能量過剩的情況下把能量貯存起來,然后在能量需求的高峰供給能量,把熱泵與發(fā)動機(jī)聯(lián)用,取得了不錯的效果[8～10]。

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