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氢氧化镁阻燃剂改性的探讨

2021-01-21 已有845人浏览 皖燃科技

由于其原料来源广泛,阻燃性好,无毒无腐蚀性,氢氧化镁是一种极具开发潜力的绿色阻燃剂。

氢氧化镁的分解能很高,比无机阻燃剂的热分解温度高140℃,可使聚合物材料承受较高的加工温度,有利于加快挤塑速度,缩短挤塑时间,提高阻燃效率。
氢氧化镁阻燃机理
氢氧化镁的阻燃作用与其在高温下的分解反应有密切关系。在340~490℃的环境温度下,Mg(OH)2开始热分解,形成氧化镁,并释放出结晶的H2O。
分裂方程是:
Mg(OH)2→MgO+H2O
△G°=-49.8kJ/mol
在430℃和490℃时分解反应最快,490℃分解结束,留下MgO。晶体H2O吸收大量的热,会降低材料的表面火焰温度,释放的水气稀释了材料表面的氧气,使燃烧难以进行,对聚合物分解有抑制作用,并起到冷却产生可燃气体的作用;此外,分解产生的氧化镁也是一种很好的耐火材料,在材料表面形成一层炭化层,隔绝了制品内部的可燃物与氧化/高温环境的接触,阻止氧气和热量的进入,因此当燃烧源消失后,燃烧会自动熄灭,从而实现阻燃。
氢氧化镁阻燃剂改性研究
因为氢氧化镁极性强,颗粒表面带正电荷,容易形成二次团聚,而且其亲水性使干燥后的产物仍含有水分。在高聚物中直接加入,不利于高分子材料的分散,容易与高聚物界面产生间隙,相容性较差。为提高粉末的表面活性,从而改善粉末的分散,改善与聚合物的相容性,以及提高氢氧化镁的阻燃性能,必须对其进行改性。
超级精炼
超细化是指对氢氧化镁粉末进行粉碎,采用适当的方法使颗粒尺寸最小,达到纳米级,增加阻燃剂与聚合物基体的接触面积,增强其与聚合物的亲和力,改善两者之间的相容性,从而达到减少用量,提高阻燃效率的目的。超细化后的氢氧化镁对设备的磨损小。它可以广泛应用于聚丙烯,聚乙烯,PVC,高抗冲击性的聚苯乙烯和ABS树脂。
表层改性
由于氢氧化镁具有极强的极性,并具有亲水性,容易团聚,与高分子材料相容性较差,常采用偶联剂法、阴离子表面活性剂法、微胶囊化法和表面接枝法等多种表面处理方法。
偶联改性
目前常用的氢氧化镁阻燃剂为偶联剂。耦合剂是一种具有两性结构的物质。其中一部分分子的基团对有机聚合物具有亲和力,另一部分则对由分子间力和化学键提供的氢氧化镁具有亲和力。亲水性氢氧化镁在聚合物材料的生产和加工过程中与聚合物难以相容,通过偶联剂的桥联作用可以将两者紧密结合。
常见的偶联剂主要有:硅烷类,钛酸酯类,含铬、锆化合物和高级脂肪酸,醇、酯等。
偶联剂作用机理:硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的低分子有机硅化合物,它对于提高聚合物的强度和耐热性能有显著的作用,因为硅烷偶联剂中的R具有特定的官能团,所以不同的聚合物需要选择不同的偶联剂来包覆氢氧化镁;钛酸酯偶联剂可使聚合物材料具有较好的综合性能,即在加工温度和使用温度时,具有较好的流动性,在使用温度时,具有较高的强度和韧性,在提高材料的抗冲击性能方面也比较明显,因为Mg(OH)2的吸水性和表面湿度较大,选用耐潮湿的单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯较好。
阴离子型表面活性剂的改性
阴离子性表面活性剂主要是高级脂肪酸及其衍生物,一方面含有亲水基团,能与氢氧化镁表面的烃基发生作用,许多亲水基团被链接到氢氧化镁表面,提高吸附牢度;另一方面,高分子聚合物为长链分子,其高分子链能起到空间位阻作用,减少氢氧化镁的聚集,形成粒径较小的颗粒。由于与有机树脂基体相容,长期使用,不易脱附,阴离子表面活性剂已成为一种具有广阔应用前景的改性剂,越来越受到人们的重视。
微囊化改性改性
微囊技术是利用天然或合成的高分子化合物包裹氢氧化镁形成微小颗粒,一般颗粒尺寸在毫米级或微米级,形成阻燃剂,当复合材料受热燃烧时,能够立即熔化并释放阻燃剂,起到阻燃、增强相容性、改善热稳定性等作用,从而达到阻燃目的。
微囊技术表面改性不仅可以改善氢氧化镁与聚合物的相容性,而且可以有效地减少聚合物加入氢氧化镁所引起的性能退化,提高其稳定性。微囊型阻燃剂在生产和使用过程中无毒无害,燃烧不产生浓烟和有毒气体,对环境无污染,是目前阻燃领域的研究热点之一。
接枝面接枝改性
表面接枝剂改性是指将改性剂或增溶剂的一端直接接在聚合物基体或无机颗粒的表面,形成大分子的改性剂,从而改善无机、有机聚合物的界面性质。
协同作用于其他阻燃剂。
通过一定的方法,氢氧化镁与其他阻燃剂或阻燃协同增效剂有机结合,可显著提高阻燃温度,增加吸热,减少填充,从而提高阻燃效率,发挥其综合阻燃效应。例如常用阻燃协同增效剂有:氢氧化铝,卤素,氧化锑,有机硅化物,红磷和磷化物,金属氧化物,金属螯合物,硼酸锌,石墨,有机土壤等。