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氢氧化镁阻燃剂的改性研究

氢氧化镁阻燃剂的改性研究

发布日期:2016-12-02 作者:来源网络 点击:

氢氧化镁阻燃剂的阻燃效果很低,单独使用时添加量需要在50%以上时才具有较好的阻燃效果,但这样影响了聚合物材料的加工性能和物理力学性能。为此,人们常对氢氧化镁进行表面处理,并与其他阻燃剂混合使用,组成复合的阻燃体系,减少氢氧化镁用量,提高阻燃效果。  

1 表面改性    

氢氧化镁是一种极性很强的无机化合物,其晶体在方向有微观内应变,晶体表面带有正电荷、具有亲水性,和亲油性的聚合物分子的亲和力欠,晶粒趋向于二次凝聚;同时,氢氧化镁与聚合物的界面产生空隙,导致分散性很差。为了改善氢氧化镁与聚合物间的粘结力和界面亲和性,采用表面改性剂对其进行表面处理是比较行之有效的方法之一。氢氧化镁阻燃剂常用的表面改性剂是偶联剂和阴离子表面活性剂。 

1.1 偶联剂    

硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物,对改善聚合物材料的强度和耐热性的效果较为突出,常用来处理纤维状或其它纵横比较大的填料;钛酸酯偶联剂能赋予聚合物材料较好的综合性能,即加工温度下良好的流动性和使用温度下兼具高的强度和韧性,其中对改善抗冲击性能较为显著,一般处理氢氧化镁的均为单烷氧基钛酸酯。研究表明,用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂表面处理的氢氧化镁填充聚丙烯材料,其弯曲模量分别比未改性时提高了100%和70%。  

1。2 阴离子表面活性剂   主要是高级脂肪酸及其衍生物,活性剂分子的亲水基与亲油基分别与氢氧化镁和聚合物材料发生相互作用,发生化学反应或物理吸附,加强了两者之间的有机联系,提高了氢氧化镁在聚合物材料中的相容性和分散性,从而改善材料的力学性能。上述的表面改性剂不仅可以单独使用,也可以复配使用。日本曾有专利报道,将硅烷偶联剂与硬酯酸钙、油酸镁混合在一起,对氢氧化镁进行表面改性处理,既达到改善氢氧化镁表面性能的目的,又能在聚合物材料燃烧时形成良好的碳化结构,进一步提高了材料的阻燃及机械力学性能。 

2 与其他阻燃剂组成复合阻燃体系  氢氧化镁除可以单独填充聚合物材料外,还可以和其他阻燃剂如红磷、氢氧化铝、卤系阻燃剂等复合使用。少量增效剂的添加可以降低氢氧化镁的填充量,显著地改善材料的阻燃及机械性能。

2.1 与氢氧化铝的协同效应   

氢氧化铝的分解温度比氢氧化镁低100℃,将两者并用可以在235~455℃范围内均存在脱水吸热反应,可以在较宽范围内抑制高分子材料的燃烧。是氢氧化镁和氢氧化铝总含量为50份时与高密度聚乙烯共混料的差热分析数据。 Mg(OH)2及Al(OH)3填充HDPE氧指数变化图表明氢氧化镁和氢氧化铝各自的氧指数OI为26、28,当Mg(OH)2∶Al(OH)3为30∶20和40∶10时,OI可达30,表明两者有明显协同作用。还有一些文献报道,氢氧化镁与氢氧化铝在聚合物中添加量达到1∶1时,阻燃协同效应较佳。 

2.2 与红磷的协同效应   

红磷可以作为阻燃剂单独使用,燃烧时先被氧化成磷酸非燃性液态膜,进而脱水生成聚偏磷酸,聚偏磷酸是很强的脱水剂,在高温下使聚合物表面形成碳化层,起到阻燃作用。但红磷本身可燃且吸湿性很强,单独使用效果不理想,限制了其在聚合物中的大量添加。然而它却是很好的阻燃增效剂,研究发现,在氢氧化镁或氢氧化铝阻燃的聚合物材料中添加少量红磷,可以显著增强聚合物的热稳定性,提高阻燃性能,产生协同效应。郭锡坤等认为,产生协同效应的机理是由于氢氧化镁和氢氧化铝在高温下脱水,有利于促进红磷充分转化为磷酸和聚偏磷酸,而聚偏磷酸的强烈脱水作用又促使氢氧化镁和氢氧化铝的脱水反应进行得更彻底。通过相互促进,使三者自身的作用能更充分发挥,从而增强了脱水吸热、成炭结焦隔氧隔热等阻燃作用,体现出协同效应。 

2.3 与卤系阻燃剂的协同效应   

卤系阻燃剂具有很强的阻燃性能,但其燃烧时发烟量大一直是难以解决的缺点。氢氧化镁具有很好的抑烟效果,因此人们对二者的复合使用进行了较多研究。崔永岩等研究了在含溴锑阻燃剂的聚丙烯中添加不同份量的氢氧化镁对材料氧指数的影响,认为在低添加量时产生干扰作用,高添加量时产生协同效应。


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