氫氧化鎂阻燃材料

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，高聚物材料的應(yīng)用越來越廣泛。近年來，高聚物引發(fā)的火災(zāi)事故引起了社會(huì)各界的高度重視，阻燃型高聚物的研發(fā)成為熱點(diǎn)。目前，市場(chǎng)上使用的有機(jī)類阻燃劑有發(fā)煙量大、煙氣有毒等危害受到了歐洲、美國(guó)、日本及我國(guó)的法律限制，因此，無機(jī)類阻燃劑獲得了極大的關(guān)注。氫氧化鎂阻燃劑分解溫度高（340 ℃~450 ℃），熱分解產(chǎn)物為MgO 和H2O，不釋放任何有毒有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人類健康沒有任何危害，因此，氫氧化鎂阻燃劑是目前最受關(guān)注的無機(jī)類阻燃劑之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，市場(chǎng)上生產(chǎn)的氫氧化鎂阻燃劑基本上都是微米級(jí)（d>5 μm），粒徑分布寬，在應(yīng)用中需大量填充；另外制備的氫氧化鎂產(chǎn)品易團(tuán)聚、疏水性強(qiáng)、與高分子聚合物不兼容。實(shí)際應(yīng)用中氫氧化鎂對(duì)高分子聚合物材料的力學(xué)性能造成了嚴(yán)重的損害，極大地限制了氫氧化鎂阻燃劑的應(yīng)用，通過一定的物理化學(xué)方法獲得表面極性低、親水性強(qiáng)、粒徑小且分布窄、能夠較好的與高分子聚合物兼容的氫氧化鎂阻燃劑成為了當(dāng)前科技工作者研究的熱點(diǎn)。
一方面，使用有機(jī)官能團(tuán)對(duì)氫氧化鎂表面改性能夠降低氫氧化鎂表面的極性，提高其與高分子聚合物的兼容性；微納米級(jí)的超細(xì)氫氧化鎂填充量低，使用其制備的復(fù)合材料性能良好。另一方面，同樣質(zhì)量微納米級(jí)的氫氧化鎂阻燃性能比微米級(jí)氫氧化鎂高幾倍，且對(duì)聚合物高分子材料性能影響也較低。極性低的微納米級(jí)氫氧化鎂能夠在高分子聚合物材料中均勻分散，使得整個(gè)材料的阻燃性能、力學(xué)性能保持一致。因此，針對(duì)氫氧化鎂阻燃劑的表面改性和超細(xì)化能夠解決氫氧化鎂阻燃劑應(yīng)用中存在的缺點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)外科技工作者針對(duì)氫氧化鎂的改性主要進(jìn)行了以下三個(gè)方面的工作: （1）有機(jī)化合物對(duì)氫氧化鎂的表面改性研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氧化鎂表面極性的降低，降低氫氧化鎂的疏水性，解決其與高分子聚合物不兼容的問題；（2）超細(xì)化氫氧化鎂改性制備的研究，解決氫氧化鎂易團(tuán)聚、分散性差、填充量大的缺點(diǎn)；（3）添加劑對(duì)超細(xì)化氫氧化鎂形成作用機(jī)理的分析研究。
氫氧化鎂阻燃材料應(yīng)用要求
作為阻燃劑的氫氧化鎂有以下幾方面的要求:
（1）必須具有極高的純度（Mg(OH)2>93%），純度高的氫氧化鎂不僅阻燃性能高，而且可以減少其在材料中的添加量；
（2）粒度小，用微納米級(jí)氫氧化鎂制備的復(fù)合材料在各方面的性能（包括阻燃效果，消煙和力學(xué)性能等）都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于微米級(jí)的氫氧化鎂；
（3）表面極性低，氫氧化鎂表面極性降低時(shí)，團(tuán)聚程度就會(huì)降低，分散性和相容性增加，作為阻燃材料添加到聚合物中才能與聚合物具有較好的相容性，降低對(duì)材料力學(xué)性能的影響。
氫氧化鎂阻燃材料改性原因
目前，市場(chǎng)上生產(chǎn)的氫氧化鎂粒徑比較大，有些產(chǎn)品粒徑高達(dá)幾十微米，直接作為阻燃劑進(jìn)行添加，分散性差，對(duì)材料的力學(xué)性能影響極大。工業(yè)上通常使用物理方法進(jìn)行研磨，使其粒徑降低到幾微米，采用物理方法制備的氫氧化鎂表面極性高，易于團(tuán)聚，作為阻燃材料與聚合物基體不兼容，不僅降低了其阻燃性能，且對(duì)材料的力學(xué)性能造成了嚴(yán)重?fù)p害。無機(jī)阻燃劑與有機(jī)阻燃劑相比填充量較大，從而導(dǎo)致無機(jī)阻燃劑的效率降低。在實(shí)際應(yīng)用中為了實(shí)現(xiàn)氫氧化鎂阻燃劑更好的阻燃效果，必須在聚合物基體中大量的使用，氫氧化鎂的大量添加又會(huì)降低復(fù)合材料的力學(xué)性能。通過將工業(yè)級(jí)氫氧化鎂制備為微納米級(jí)且微觀結(jié)構(gòu)排列有序的氫氧化鎂能夠大幅度降低其在聚合物基體中的添加量，微納米級(jí)的氫氧化鎂材料表面暴露的陰陽離子空位較多，極性強(qiáng)，表面自由能高，易于團(tuán)聚，分散性差，作為阻燃材料很難與聚合物基體很好的相容。利用特定化合物的功能性可以使材料表面“自由”位點(diǎn)或區(qū)域具有不同的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，這些區(qū)域就是作為修飾分子和金屬原子的附著點(diǎn)，這點(diǎn)在材料領(lǐng)域應(yīng)用的范圍比較廣。通過使用特定化合物對(duì)氫氧化鎂的表面進(jìn)行改性，能夠解決其表面自由能高、極性強(qiáng)、易于團(tuán)聚的缺點(diǎn)，改性后的氫氧化鎂與聚合物基體具有極好的兼容性，因此，關(guān)于氫氧化鎂的表面改性和超細(xì)化的制備工作得到了國(guó)內(nèi)外科技工作者廣泛的關(guān)注。
氫氧化鎂作為高分子聚合物的阻燃劑，最重要的是要與高分子聚合物良好兼容，實(shí)現(xiàn)均勻分散，最終達(dá)到阻燃的目的。使用特定化合物對(duì)氫氧化鎂表面改性可以降低氫氧化鎂的表面極性，使其表面具有疏水性，改善氫氧化鎂與聚合物的相容性。氫氧化鎂表面化學(xué)改性是利用化學(xué)法將有機(jī)分子中的官能團(tuán)或無機(jī)凝膠分子在氫氧化鎂粉體表面進(jìn)行選擇性吸附或特定吸附或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆，使顆粒表面有機(jī)化或改變極性，最終實(shí)現(xiàn)表面改性。常用的表面改性劑主要有偶聯(lián)劑硅烷偶聯(lián)劑和鈦酸酯、鋁酸酯偶聯(lián)劑和高級(jí)脂肪酸及其衍生物等。氫氧化鎂的改性還可達(dá)到其他的功能，例如改變氫氧化鎂的顆粒形貌，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。