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氫氧化鎂阻燃材料

2020-04-03 09:35:13

隨著經濟的不斷發展進步,高聚物材料的應用越來越廣泛。近年來,高聚物引發的火災事故引起了社會各界的高度重視,阻燃型高聚物的研發成為熱點。目前,市場上使用的有機類阻燃劑有發煙量大、煙氣有毒等危害受到了歐洲、美國、日本及我國的法律限制,因此,無機類阻燃劑獲得了極大的關注。氫氧化鎂阻燃劑分解溫度高(340 ℃~450 ℃),熱分解產物為MgO 和H2O,不釋放任何有毒有害物質,對環境和人類健康沒有任何危害,因此,氫氧化鎂阻燃劑是目前Z受關注的無機類阻燃劑之一,具有廣闊的應用前景。


目前,市場上生產的氫氧化鎂阻燃劑基本上都是微米級(d>5 μm),粒徑分布寬,在應用中需大量填充;另外制備的氫氧化鎂產品易團聚、疏水性強、與高分子聚合物不兼容。實際應用中氫氧化鎂對高分子聚合物材料的力學性能造成了嚴重的損害,極大地限制了氫氧化鎂阻燃劑的應用,通過一定的物理化學方法獲得表面極性低、親水性強、粒徑小且分布窄、能夠較好的與高分子聚合物兼容的氫氧化鎂阻燃劑成為了當前科技工作者研究的熱點。


一方面,使用有機官能團對氫氧化鎂表面改性能夠降低氫氧化鎂表面的極性,提高其與高分子聚合物的兼容性;微納米級的超細氫氧化鎂填充量低,使用其制備的復合材料性能良好。另一方面,同樣質量微納米級的氫氧化鎂阻燃性能比微米級氫氧化鎂高幾倍,且對聚合物高分子材料性能影響也較低。極性低的微納米級氫氧化鎂能夠在高分子聚合物材料中均勻分散,使得整個材料的阻燃性能、力學性能保持一致。因此,針對氫氧化鎂阻燃劑的表面改性和超細化能夠解決氫氧化鎂阻燃劑應用中存在的缺點。


國內外科技工作者針對氫氧化鎂的改性主要進行了以下三個方面的工作: (1)有機化合物對氫氧化鎂的表面改性研究,實現對氫氧化鎂表面極性的降低,降低氫氧化鎂的疏水性,解決其與高分子聚合物不兼容的問題;(2)超細化氫氧化鎂改性制備的研究,解決氫氧化鎂易團聚、分散性差、填充量大的缺點;(3)添加劑對超細化氫氧化鎂形成作用機理的分析研究。


氫氧化鎂阻燃材料應用要求


作為阻燃劑的氫氧化鎂有以下幾方面的要求:


(1)必須具有極高的純度(Mg(OH)2>93%),純度高的氫氧化鎂不僅阻燃性能高,而且可以減少其在材料中的添加量;


(2)粒度小,用微納米級氫氧化鎂制備的復合材料在各方面的性能(包括阻燃效果,消煙和力學性能等)都遠遠優于微米級的氫氧化鎂;


(3)表面極性低,氫氧化鎂表面極性降低時,團聚程度就會降低,分散性和相容性增加,作為阻燃材料添加到聚合物中才能與聚合物具有較好的相容性,降低對材料力學性能的影響。


氫氧化鎂阻燃材料改性原因


目前,市場上生產的氫氧化鎂粒徑比較大,有些產品粒徑高達幾十微米,直接作為阻燃劑進行添加,分散性差,對材料的力學性能影響極大。工業上通常使用物理方法進行研磨,使其粒徑降低到幾微米,采用物理方法制備的氫氧化鎂表面極性高,易于團聚,作為阻燃材料與聚合物基體不兼容,不僅降低了其阻燃性能,且對材料的力學性能造成了嚴重損害。無機阻燃劑與有機阻燃劑相比填充量較大,從而導致無機阻燃劑的效率降低。在實際應用中為了實現氫氧化鎂阻燃劑更好的阻燃效果,必須在聚合物基體中大量的使用,氫氧化鎂的大量添加又會降低復合材料的力學性能。通過將工業級氫氧化鎂制備為微納米級且微觀結構排列有序的氫氧化鎂能夠大幅度降低其在聚合物基體中的添加量,微納米級的氫氧化鎂材料表面暴露的陰陽離子空位較多,極性強,表面自由能高,易于團聚,分散性差,作為阻燃材料很難與聚合物基體很好的相容。利用特定化合物的功能性可以使材料表面“自由”位點或區域具有不同的結構,同時,這些區域就是作為修飾分子和金屬原子的附著點,這點在材料領域應用的范圍比較廣。通過使用特定化合物對氫氧化鎂的表面進行改性,能夠解決其表面自由能高、極性強、易于團聚的缺點,改性后的氫氧化鎂與聚合物基體具有極好的兼容性,因此,關于氫氧化鎂的表面改性和超細化的制備工作得到了國內外科技工作者廣泛的關注。


氫氧化鎂作為高分子聚合物的阻燃劑,Z重要的是要與高分子聚合物良好兼容,實現均勻分散,Z終達到阻燃的目的。使用特定化合物對氫氧化鎂表面改性可以降低氫氧化鎂的表面極性,使其表面具有疏水性,改善氫氧化鎂與聚合物的相容性。氫氧化鎂表面化學改性是利用化學法將有機分子中的官能團或無機凝膠分子在氫氧化鎂粉體表面進行選擇性吸附或特定吸附或發生化學反應,從而對顆粒表面進行包覆,使顆粒表面有機化或改變極性,Z終實現表面改性。常用的表面改性劑主要有偶聯劑硅烷偶聯劑和鈦酸酯、鋁酸酯偶聯劑和高級脂肪酸及其衍生物等。氫氧化鎂的改性還可達到其他的功能,例如改變氫氧化鎂的顆粒形貌,擴大其應用范圍。


氫氧化鎂阻燃劑

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