氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展.doc

氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展摘 要：介绍了氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理，阐述了 近年来氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展，展望了氢氧化镁阻 燃剂的研究方向。关键词：氢氧化镁；阻燃剂；表面改性 卤系阻燃剂虽然具有较好的有机聚合物材料阻燃性能， 但材料一经燃烧产生大量的有毒气体，严重危害身体健康， 加之北美西欧等国家已经取缔卤系阻燃剂的使用，发展新型 有效的无卤阻燃剂成为研究的热点。新型无机阻燃剂氢氧化 镁用于材料的阻燃不产生有毒物质，具有安全环保的特点， 在高分子材料中应用广泛。本文对氢氧化镁阻燃剂的特点进 行了论述，重点对其改性研究进行了阐述。1 氢氧化镁阻燃剂特点 氢氧化镁是白色粉末状的六角形或无定性的片状结晶，其密度为2.39g/cm3，隹溶于水，18C时的溶解度为9*10-3g/L Mg (OH) 2的起始热分解温度比 Al ( 0H) 3要高，接近300 C。 其最大分解峰温比 Al (OH) 3高约100 C,约400C 1 , 2。 氢氧化镁阻燃性能来源于其特殊的热分解性能。氢氧化镁受 热分解为氧化镁和水蒸气。总结其阻燃机理和特点如下 3 ， 4：1）氢氧化镁热分解产生的水蒸气可有效稀释氧气浓度，阻碍燃烧；（ 2）氢氧化镁的热容大，热分解过程中可有效降低高 分子基材所吸收的热能，使高分子基材的热分解有所延缓；（ 3）氢氧化镁形成的表面炭化层可以延缓燃烧，并能 够抑制分解气体的燃烧；（ 4）氢氧化镁分解吸收大量的热量，降低被阻燃材料 的温度，可有效延缓高聚物分解速度；（ 5）氢氧化镁热分解产生的氧化镁本身就是优良的耐 火材料，覆盖于高分子基材表面能够隔绝空气使燃烧受阻；（ 6）氢氧化镁用作阻燃剂时添加量较大才能提高高聚 物的难燃性。虽然氢氧化镁因其独特的热分解特性赋予其阻燃和抑 烟的特性，但氢氧化镁用于高分子基材的阻燃仍受到一定的 限制。首先，氢氧化镁具有 ?A高的表面能，未经改性的氢氧 化镁易于团聚，分散性能差。其次，氢氧化镁具有很好的亲 水性能，而多数聚合物基体材料则是疏水的，两者的相容性 差，氢氧化镁过量使用时影响高分子基材的加工性能和力学 性能。此外，高填充氢氧化镁导致无机阻燃剂与基体材料的 界面处产生裂纹的“夹生”现象 5。改善氢氧化镁与高分子 基材的相容性并保证基材的加工性能和力学性能的有效途 径是对氢氧化镁进行表面改性。具有片状特殊形貌的氢氧化 镁填充高分子基材时，除具有阻燃抑烟作用外，还具有因特 殊形貌与其他阻燃剂协同增强阻燃的效果。2 氢氧化镁的表面改性 氢氧化镁作为新型无卤阻燃剂具有抗酸、阻滴、高效促 基材成碳及无毒环保等特点，广泛应用于塑料、橡胶及树脂 等领域 6 。但氢氧化镁的表面具有很强的极性，其晶体表面 的正电荷使其具有较强的亲水性，与疏水性高分子基材相容 性差。氢氧化镁阻燃剂必须经过改性才能在确保高分子基材 力学性能的基础上具有一定的阻燃效果 7 。目前，表面改性 是制备改性氢氧化镁的重要方法，包括表面化学改性和表面 包覆改性。2.1 氢氧化镁的表面化学改性 经过改性的氢氧化镁其表面特性可以由亲水性转变为 疏水性，能够与疏水高分子基材很好地相容。采用表面活性 剂或偶联剂对氢氧化镁改性，可通过表面改性剂或偶联剂与 氢氧化镁表面的化学反应或化学吸附改变其表面性能，使其 有更加疏水并增加与高分子基材的相容性，改善材料的阻燃 性能和力学性能 8 。袁源9等以N-苯基-丫 -氨丙基三甲氧基硅烷为偶联剂对 超细 Mg （OH）b 进行了表面改性，改性后的氢氧化镁由于 其表面的硅氧烷结构使其亲水性降低分散性能提高。 尹燕 10 等开展了采用硅烷偶联剂（A-1100）和钛酸酯（TC-101）的复合型表面活性剂对氢氧化镁晶须进行改性的研究。通过活 性指数、比表面积、抑烟效果等测定，经过改性的氢氧化镁 的分散性能更好。此外，硅烷偶联剂和钛酸酯同时使用时具 有协同增强氢氧化镁表面性能的特点，经复合改性剂改性后 氢氧化镁的活性指数和抑烟效果更加突出，该研究为复合表 面活性剂改性氢氧化镁的研究提供了参考。贾静娴 11 研究 了硬脂酸锌对氢氧化镁阻燃剂的改性效果。改性氢氧化镁与 液体石蜡的相容性较好，能够在液体石蜡中较好地分散，这 是源于经硬脂酸锌改性的氢氧化镁其亲水性表面变为疏水 性表面。白俊红 12 以聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和对乙 酰氨基酚为表面改性剂，采用直接沉淀法和超重力法制备阻 燃级氢氧化镁。所制备的氢氧化镁具有纯度高、分散性好、 粒径小且分布均匀、 阻燃性能好的特点。 经过对比实验研究， 采用聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和对乙酰氨基酚添加量分 别为 3.0%、5.0%和 2.0%时，所制备的氢氧化镁的自然沉降速 率最大，滤饼比阻最小，分散性能最好。氢氧化镁的表面化 学改性研究应选择合适的表面改性剂，并优化改性条件以获 得性能最优的氢氧化镁阻燃剂。2.2 氢氧化镁的表面包覆改性 表面包覆改性不同于表面化学改性，采用表面包覆方法 改性氢氧化镁时包覆剂与氢氧化镁表面不发生化学反应，改 性作用来源于包覆剂物理包覆在氢氧化镁的表面降低了氢 氧化镁的表面极性。表面活性剂可以用于包覆改性的包覆剂， 此外，超分散剂和无机物等也可以用作包覆剂。杨旭宇 13 等开展了 Mg（OH）2 粉体的表面包覆改性研究，并证实， 采用4%的超分散剂CTBN改性的氢氧化镁性能最优。将氢氧化镁采用高分子化合物包覆制备微胶囊阻燃剂 也是一种有效的改性方法。聚合物接枝使氢氧化镁表面由亲 水转变为疏水，避免氢氧化镁颗粒间的团聚。此外，接枝上 的高聚物与基体材料具有较好的物理相容性，提高了氢氧化 镁的分散性能也提高了高聚物材料的加工性能。李又兵 14 等将密胺树脂包覆在氢氧化镁表面得到的微胶囊化氢氧化 镁填充于硅橡胶时其阻燃性能明显提高。张永兆 15 等将氢 氧化镁乳液中加入甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂，通过氢氧 化镁表面原位聚合形成了聚甲基丙烯酸甲酯包覆层。粉体的 吸油值随着包覆量的增加而减小，接触角也明显变大，复合 材料的氧指数有所下降。氢氧化镁的表面包覆改性不仅可以 提高氢氧化镁的分散性能，也能够增加氢氧化镁阻燃剂与聚 合物材料的相容性，在提高阻燃性能的基础上保障了聚合物 材料的力学性能。3 结束语氢氧化镁是一种无卤无机阻燃剂，因其特殊的阻燃抑烟 作用本受关注。将氢氧化镁直接用于高分子基材的阻燃存在 无机阻燃剂与有机高分子材料不相容的缺点，通过对氢氧化 镁进行表面改性可显著提高两者的相容性。常用的改性方法 是表面化学改性和表面包覆改性。深入探讨改性工艺条件和 改性机理将推动氢氧化镁阻燃剂的发展。参考文献1 于文强，乔建江 .高分散高微细阻燃型氢氧化镁合成工 艺的研究J华东理工大学学报(自然科学版)，2016,42( 4): 521-528.2 朱新兵 .氢氧化镁阻燃剂的表面改性和形貌控制研究D. 西宁：青海大学, 2014.3 房萌, 陈树江, 田琳, 等.氢氧化镁阻燃剂分散性的研 究J.塑料工业，2016, 44 (2): 133-136.4 高微,赵志凤,周长海,等.氢氧化镁 /膨胀石墨复合材料的制备J.黑龙江科技大学学报，2016，26 (2)： 131-133.5 Gui Hua, Zhang Xiaohong, Liu Yiqun, et al.Effect of dispersion of nano-magnesium hydroxide on the flammabilityof flame retardant ternary composites J. Composite Science and Technology,2007, 67( 6): 974-980.6 王立艳,盖广清 .建筑保温材料中阻燃剂的应用现状及发展前景J.?V 州化工，2012，40(3)： 12-13，16.7 金栋.阻燃剂氢氧化镁表面改性技术研究进展J.聚合物与助剂， 2014( 05)： 30-33.8 王爱丽，姜虹.阻燃级氢氧化镁的表面改性技术研究进展J.山东化工，2013，42( 3)： 26-28.34.9 袁源，褚晓东， 杜高翔， 等.超细氢氧化镁的硅烷偶联剂表面改性J功能材料，2010, 7 (41): 1186-118910 尹燕，徐艳春，张洋，等 .复合型表面活性剂对氢氧 化镁改性的效果 J .沈阳化工大学学报， 2014， 28( 3)： 206-209.11 贾静娴氢氧化镁阻燃剂的改性效果研究J唐山师范学院学报， 2014，( 2)： 39-40.12 白俊红.改性超细氢氧化镁阻燃剂的制备D中北大学， 2014.13 杨旭宇，姜宏伟 .超分散剂改性氢氧化镁及其在聚烯 烃中的应用J.塑料，2007，36(6): 12-16.14 李又兵，史文，盛旭敏，等 .密胺树脂包覆氢氧化镁及其阻燃硅橡胶的研究J化工新型材料，2015，43( 3):181-183， 186.15 张永兆，陈军氢氧化镁表面有机化及在阻燃PVC中的应用J.塑料工业，2010，38( z1): 132-135，150.*通讯作者:赵丽( 1983-)，女，讲师，博士，研究方向 为高分子材料。