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        具有很好發展前景的阻燃劑-超細氫氧化鎂阻燃機理

        2021-06-07 已有173人瀏覽 皖燃科技

        在過去的半個世紀里,人工合成聚合材料的生產呈現出了前所未有的指數級增長。聚合物(如聚乙烯、橡膠、纖維、涂料等)迅速發展,幾乎滲透到國民經濟的每個部門,為醫療、電子、航天工業等提供了所需的新材料。聚合性材料的可燃性限制了它在工業上的應用,也給生產生活帶來危險,美國的統計數據顯示,全國平均火災率為17s一次,因此所造成的損失是不可估量的,而阻燃劑的使用是聚合性材料工業應用的必然趨勢。根據統計,目前阻燃劑已成為聚合材料的第二大助劑,全世界每年可生產15萬-17萬噸阻燃劑,年消耗量約為20萬噸。

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        超細氫氧化鎂阻燃劑是一種無鹵環保型阻燃劑,以其高效、無毒、無煙、無污染等優點,已成為最具發展前景的無機阻燃材料之一。目前國內阻燃級氫氧化鎂粒度分布不均勻、生產成本高、產量少,因此,尋找一種低成本的制備改性氫氧化鎂的方法,實現連續、大批量生產各種性能優良的超細氫氧化鎂阻燃劑,具有重要的現實意義。


        阻燃劑是可以阻止火焰燃燒的物質的總稱。由于人們對安全、環保、健康的認識不斷提高,國內外已將環保型阻燃劑作為研發和應用的重點,其中以無機阻燃劑為主,以環保型阻燃劑為主的一類工業用阻燃劑主要有鋁、鎂、鉬等金屬的氫氧化物、磷酸銨類、和硼酸等。超微氫氧化鎂作為無鹵、低煙、無毒環保型阻燃劑,正越來越受到人們的重視。同時,我國是鎂資源大國,鎂鹽礦物豐富,其中以菱鎂礦資源最為豐富,儲量居世界之首,為制備超細氫氧化鎂阻燃劑提供了充足的原料保障。


        超細氫氧化鎂阻燃劑概述阻燃劑一般有兩種分類方法一是按所含阻燃元素可分為有機阻燃劑和無機阻燃劑,二是按阻燃劑與聚合材料的關系可分為添加型和反應型超細氫氧化鎂阻燃劑不含鹵素元素,以磷系化合物為主,金屬氫氧化物為主,燃燒發煙量小,不產生有毒有害氣體,是一種新型的阻燃劑體系,與阻燃劑的發展趨勢及當前環保要求相一致。

        超細氫氧化鎂阻燃劑屬添加型無機阻燃劑,與同類無機阻燃劑相比,具有阻燃、消煙、充填等三大功效,同時賦予材料無毒性、無腐蝕性。但是,由于氫氧化鎂的粒度較細,比表面積較大,容易在聚合材料中實現顆粒的均勻分散,受熱后又能均勻釋放其阻燃性,避免了因氫氧化鎂阻燃劑在常規粒度范圍內局部分解而引起聚合材料成炭不均勻導致機械性能較差的問題。

        研究表明,采用納米技術可以通過改變阻燃機理來改善材料的阻燃性能[13]。在美國,Amerbrom出售0。9um的Mg(OH)2,超細化后的產物能夠更有效地提高其在聚合材料中的分散性,同時還能降低其對模體和聚合體物理性能的影響。結果表明,水鎂石纖維對HDPE復合體系有較好的阻燃效果,且有一定的增強作用。結果表明,氫氧化鎂的阻燃性與其顆粒大小成反比,即顆粒越細,阻燃性越好。


        超細氫氧化鎂阻燃劑的阻燃機理

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        Mg(OH)2的分解溫度為340℃~480℃,這使得添加了氫氧化鎂阻燃劑的材料能夠承受較高的加工溫度,并且在燃燒過程中除了自身脫水反應外,還能促進聚合物的成炭作用,形成保護層,起到較好的阻燃作用。

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        圖1.2顯示了MgOH)2的消煙性能。MgOH2的阻燃性主要表現在固體降解性上,其發煙量明顯少于CaCO3和Al(OH)3的超細Mg(OH)2阻燃劑的阻燃性,其阻燃性主要體現在以下幾個方面。

        (1)超細氫氧化鎂阻燃劑的“冷卻技術”-超細氫氧化鎂阻燃劑在受熱分解時會釋放水分,吸收熱量,降低了聚合體表面火焰的實際溫度,從而使聚合體分解成低分子物的速度減慢。此外,均勻釋放出的水汽可以稀釋物質表面氧氣的濃度,從而阻止物質繼續燃燒。

        (2)促進不可燃化合物的生產高溫下,與可燃反應物反應可生成碳,而碳層不僅能使空氣變暖,而且能避免可燃物的熱分解。在高溫下,超細化均勻分散的氫氧化鎂阻燃劑與聚合材料發生反應分解出二氧化碳等不燃性氣體,使之通過空氣而達到滅火作用。同時,均勻分散的超細化氫氧化鎂阻燃劑能促進炭化過程,超細化納米顆粒能在炭化層中充分分散,使生成的炭化層具有較好的剛度和強度,能夠抵抗燃燒過程中產生的氣流。

        高效抑煙作用下的固體材料燃燒過程分為固體分解、預燃、燃燒和燃燒三個階段,一般聚合材料的固體分解溫度為200-350℃,而Mg(OH2)分解溫度為340℃-490℃,比普通聚合材料的分解溫度要高,因此一般聚合材料的固體分解溫度為200-350℃,而Mg(OH2)分解溫度為340℃-490℃,比普通聚合材料的分解溫度低,因此氫氧化鎂的燃燒對生煙的影響最小;此外,它的燃燒物部分區域被沖淡吸收,因此超細Mg(OH)2(OH)具有良好的消煙效果。

        (4)隔斷熱傳導和熱輻射經研究表明,添加超細Mg(OH2阻燃劑的聚合材料能承受較高的加工溫度,在燃燒過程中,除了自身發生脫水反應外,還能促進聚合物的成炭作用,形成保護層,起到較好的阻燃作用,同時能在可燃物表面產生均勻分布的金屬氧化物,與其它碳化物共同形成一道致密的阻燃屏障,降低分解產物的質量損失,防止火焰的進一步蔓延。

        (5)納米填充減少高聚物的濃度,用納米級超細氫氧化鎂阻燃劑填充,可均勻降低高聚物的濃度,從而降低易燃物的濃度,使其具有良好的阻燃性能。


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