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        氫氧化鎂阻燃劑改性的探討

        2021-01-21 已有265人瀏覽 皖燃科技

        由于其原料來源廣泛,阻燃性好,無毒無腐蝕性,氫氧化鎂是一種極具開發潛力的綠色阻燃劑。

        氫氧化鎂的分解能很高,比無機阻燃劑的熱分解溫度高140℃,可使聚合物材料承受較高的加工溫度,有利于加快擠塑速度,縮短擠塑時間,提高阻燃效率。
        氫氧化鎂阻燃機理
        氫氧化鎂的阻燃作用與其在高溫下的分解反應有密切關系。在340~490℃的環境溫度下,Mg(OH)2開始熱分解,形成氧化鎂,并釋放出結晶的H2O。
        分裂方程是:
        Mg(OH)2→MgO+H2O
        △G°=-49.8kJ/mol
        在430℃和490℃時分解反應最快,490℃分解結束,留下MgO。晶體H2O吸收大量的熱,會降低材料的表面火焰溫度,釋放的水氣稀釋了材料表面的氧氣,使燃燒難以進行,對聚合物分解有抑制作用,并起到冷卻產生可燃氣體的作用;此外,分解產生的氧化鎂也是一種很好的耐火材料,在材料表面形成一層炭化層,隔絕了制品內部的可燃物與氧化/高溫環境的接觸,阻止氧氣和熱量的進入,因此當燃燒源消失后,燃燒會自動熄滅,從而實現阻燃。
        氫氧化鎂阻燃劑改性研究
        因為氫氧化鎂極性強,顆粒表面帶正電荷,容易形成二次團聚,而且其親水性使干燥后的產物仍含有水分。在高聚物中直接加入,不利于高分子材料的分散,容易與高聚物界面產生間隙,相容性較差。為提高粉末的表面活性,從而改善粉末的分散,改善與聚合物的相容性,以及提高氫氧化鎂的阻燃性能,必須對其進行改性。
        超級精煉
        超細化是指對氫氧化鎂粉末進行粉碎,采用適當的方法使顆粒尺寸最小,達到納米級,增加阻燃劑與聚合物基體的接觸面積,增強其與聚合物的親和力,改善兩者之間的相容性,從而達到減少用量,提高阻燃效率的目的。超細化后的氫氧化鎂對設備的磨損小。它可以廣泛應用于聚丙烯,聚乙烯,PVC,高抗沖擊性的聚苯乙烯和ABS樹脂。
        表層改性
        由于氫氧化鎂具有極強的極性,并具有親水性,容易團聚,與高分子材料相容性較差,常采用偶聯劑法、陰離子表面活性劑法、微膠囊化法和表面接枝法等多種表面處理方法。
        偶聯改性
        目前常用的氫氧化鎂阻燃劑為偶聯劑。耦合劑是一種具有兩性結構的物質。其中一部分分子的基團對有機聚合物具有親和力,另一部分則對由分子間力和化學鍵提供的氫氧化鎂具有親和力。親水性氫氧化鎂在聚合物材料的生產和加工過程中與聚合物難以相容,通過偶聯劑的橋聯作用可以將兩者緊密結合。
        常見的偶聯劑主要有:硅烷類,鈦酸酯類,含鉻、鋯化合物和高級脂肪酸,醇、酯等。
        偶聯劑作用機理:硅烷偶聯劑是一種具有特殊結構的低分子有機硅化合物,它對于提高聚合物的強度和耐熱性能有顯著的作用,因為硅烷偶聯劑中的R具有特定的官能團,所以不同的聚合物需要選擇不同的偶聯劑來包覆氫氧化鎂;鈦酸酯偶聯劑可使聚合物材料具有較好的綜合性能,即在加工溫度和使用溫度時,具有較好的流動性,在使用溫度時,具有較高的強度和韌性,在提高材料的抗沖擊性能方面也比較明顯,因為Mg(OH)2的吸水性和表面濕度較大,選用耐潮濕的單烷氧基焦磷酸酯型鈦酸酯較好。
        陰離子型表面活性劑的改性
        陰離子性表面活性劑主要是高級脂肪酸及其衍生物,一方面含有親水基團,能與氫氧化鎂表面的烴基發生作用,許多親水基團被鏈接到氫氧化鎂表面,提高吸附牢度;另一方面,高分子聚合物為長鏈分子,其高分子鏈能起到空間位阻作用,減少氫氧化鎂的聚集,形成粒徑較小的顆粒。由于與有機樹脂基體相容,長期使用,不易脫附,陰離子表面活性劑已成為一種具有廣闊應用前景的改性劑,越來越受到人們的重視。
        微囊化改性改性
        微囊技術是利用天然或合成的高分子化合物包裹氫氧化鎂形成微小顆粒,一般顆粒尺寸在毫米級或微米級,形成阻燃劑,當復合材料受熱燃燒時,能夠立即熔化并釋放阻燃劑,起到阻燃、增強相容性、改善熱穩定性等作用,從而達到阻燃目的。
        微囊技術表面改性不僅可以改善氫氧化鎂與聚合物的相容性,而且可以有效地減少聚合物加入氫氧化鎂所引起的性能退化,提高其穩定性。微囊型阻燃劑在生產和使用過程中無毒無害,燃燒不產生濃煙和有毒氣體,對環境無污染,是目前阻燃領域的研究熱點之一。
        接枝面接枝改性
        表面接枝劑改性是指將改性劑或增溶劑的一端直接接在聚合物基體或無機顆粒的表面,形成大分子的改性劑,從而改善無機、有機聚合物的界面性質。
        協同作用于其他阻燃劑。
        通過一定的方法,氫氧化鎂與其他阻燃劑或阻燃協同增效劑有機結合,可顯著提高阻燃溫度,增加吸熱,減少填充,從而提高阻燃效率,發揮其綜合阻燃效應。例如常用阻燃協同增效劑有:氫氧化鋁,鹵素,氧化銻,有機硅化物,紅磷和磷化物,金屬氧化物,金屬螯合物,硼酸鋅,石墨,有機土壤等。

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