淺談氫氧化鎂阻燃劑的改性

　　氫氧化鎂因原料來(lái)源廣泛、阻燃性能好、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性等，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ沫h(huán)保型綠色阻燃劑。

　　氫氧化鎂分解能高，比目前常用的無(wú)機(jī)阻燃劑的熱分解溫度高出140℃，可使聚合物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(shí)間，同時(shí)亦有助于提高阻燃效率。

氫氧化鎂的阻燃機(jī)理

　　氫氧化鎂之所以具有阻燃效果，與其在高溫下的分解反應(yīng)密切相關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到340~490℃時(shí)，Mg(OH)2開(kāi)始受熱分解，形成氧化鎂，并釋放出結(jié)晶H2O。

分解方程式為：Mg(OH)2 → MgO+H2O+△G°=-49.8kJ/mol。

　　分解反應(yīng)在430℃時(shí)達(dá)到巔峰，490℃時(shí)分解完結(jié)，留下MgO。結(jié)晶H2O吸收大量的熱，會(huì)降低材料在火焰中的表面溫度，釋放出來(lái)的水氣稀釋了表面的氧氣，使燃燒難以進(jìn)行，具有抑制聚合物分解和冷卻所產(chǎn)生可燃?xì)怏w的作用；此外，分解生成的氧化鎂又是良好的耐火材料，在材料表面形成炭化層，隔絕了制品內(nèi)的易燃物與氧化/高溫環(huán)境的接觸，阻止氧氣和熱量的進(jìn)入，所以當(dāng)燃燒源消失，火就自動(dòng)熄滅，進(jìn)而達(dá)到阻燃的目的。

氫氧化鎂阻燃劑的改性研究

　　由于氫氧化鎂具有很強(qiáng)的極性，顆粒表面帶正電荷，易形成二次團(tuán)聚，且其親水性使得干燥后的產(chǎn)品中仍含有水分。直接添加到高聚物中，不利于在高分子材料中的分散，且易與高聚物界面產(chǎn)生間隙，相容性較差。為了使粒子的表面活性提高，從而改善粉體的分散性，改善與高分子材料的相容性，提高氫氧化鎂的阻燃性能，需要對(duì)其進(jìn)行改性。

    1.　超細(xì)化

　　氫氧化鎂的超細(xì)化是將氫氧化鎂粉體粉碎，采取適宜的手段使顆粒粒徑盡量縮小，甚至達(dá)到納米級(jí)，增加阻燃劑與聚合物基體之間的接觸面積，增強(qiáng)氫氧化鎂與聚合物的親和性，改善二者之間的相容性，達(dá)到減小用量和提高阻燃效率的目的。氫氧化鎂超細(xì)化后，對(duì)設(shè)備磨損小。可廣泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗沖擊聚苯乙烯和ABS樹(shù)脂等。

    2.　表面改性

　　氫氧化鎂的極性很強(qiáng)，表面帶有正電荷，具有親水性，且易團(tuán)聚，與高分子材料的相容性差，因此必須對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行表面處理，常用方法包括偶聯(lián)劑法、陰離子表面活性劑法、微膠囊化法和表面接枝法。

    3.　偶聯(lián)劑改性

　　氫氧化鎂阻燃劑常用的表面改性劑是偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑是一類(lèi)具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。它們分子中的一部分基團(tuán)與有機(jī)聚合物有親和力，另一部分與氫氧化鎂有親和力，這些親和力是由分子間力與化學(xué)鍵提供的。在聚合物材料生產(chǎn)加工過(guò)程中，親水性的氫氧化鎂與聚合物難相容，通過(guò)偶聯(lián)劑的橋聯(lián)作用可以使它們緊密的聯(lián)合在一起。

　　常用的偶聯(lián)劑主要包括：硅烷類(lèi)、鈦酸酯類(lèi)，含鉻、鋯化合物及高級(jí)脂肪酸、醇、酯等幾類(lèi)。

　　偶聯(lián)劑作用機(jī)理：硅烷偶聯(lián)劑是一類(lèi)具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機(jī)硅化合物，對(duì)改善聚合物材料的強(qiáng)度和耐熱性的效果較為突出，由于硅烷偶聯(lián)劑中的R帶有特定的官能團(tuán)，因此不同的聚合物需選不同的偶聯(lián)劑來(lái)包裹氫氧化鎂；鈦酸酯偶聯(lián)劑能賦予聚合物材料較好的綜合性能，即加工溫度下良好的流動(dòng)性和使用溫度下兼具高的強(qiáng)度和韌性，其中對(duì)改善抗沖擊性能較為顯著，由于Mg(OH)2的吸水性強(qiáng)，表面濕度較高，以選用耐濕的單烷氧基焦磷酸酯基型鈦酸酯為好。

    4.　陰離子表面活性劑改性

　　陰離子表面活性劑主要是高級(jí)脂肪酸及其衍生物，一方面含有親水基團(tuán)，可與氫氧化鎂表面的烴基發(fā)生作用，多個(gè)親水基團(tuán)鏈接到氫氧化鎂表面，提高吸附牢度；另一方面，高分子聚合物屬于長(zhǎng)鏈分子，其高分子鏈可以起到空間位阻作用，降低氫氧化鎂的團(tuán)聚，形成粒徑較小的粒子。與有機(jī)樹(shù)脂基體相容，長(zhǎng)時(shí)間使用，不易脫附，陰離子表面活性劑成為一種很有應(yīng)用前途的改性劑，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

    5.　微膠囊化改性

　　微膠囊技術(shù)是將氫氧化鎂用天然或合成高分子化合物包覆，得到微小粒子，一般粒子大小在毫米或微米范圍，形成阻燃劑，當(dāng)復(fù)合材料受熱燃燒時(shí)，囊壁能立刻熔融破裂，釋放阻燃劑，達(dá)到阻燃的目的，具有提高相容性，改善熱穩(wěn)定性等作用。

　　微膠囊技術(shù)表面改性不但能提高氫氧化鎂與高分子材料的相容性，而且能夠有效減少高分子材料加入氫氧化鎂導(dǎo)致的性能惡化，提高穩(wěn)定性。微膠囊阻燃劑在生產(chǎn)和使用過(guò)程中無(wú)毒無(wú)害，燃燒時(shí)不產(chǎn)生濃煙和有毒氣體，無(wú)環(huán)境污染，因而成為阻燃領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

   6.　表面接枝改性

　　表面接枝改性是指將改性劑或增溶劑一端直接接在高分子材料基體或無(wú)機(jī)顆粒表面上，形成大分子改性劑，從而改善無(wú)機(jī)、有機(jī)高分子界面性質(zhì)。

    7.　與其它阻燃劑的協(xié)同增效

　　將氫氧化鎂與其它阻燃劑或阻燃協(xié)同增效劑通過(guò)一定的方法有機(jī)地結(jié)合在一起，可以顯著提高阻燃溫度，增大吸熱量，降低填充量，從而提高阻燃效率，發(fā)揮其綜合阻燃效果。如常見(jiàn)的阻燃協(xié)同增效劑有：氫氧化鋁、鹵素、氧化銻、有機(jī)硅化物、紅磷及磷化物、金屬氧化物、金屬螯合物、硼酸鋅、石墨、有機(jī)土等。