塑料用氢氧化镁阻燃剂近况

目前,国内阻燃剂的80 %为卤素类,al (oh) 3(ath) 、mg(oh) 2(mh) 等无机阻燃剂的用量还不到10 %; 而欧美无机系阻燃剂占阻燃剂总量的50 %～60 % , 日本达64 % , 且主要为ath、mh。由于卤素类阻燃剂发烟量大, 且释放出的卤化氢气体具有强腐蚀性, 易造成二次危害, 火灾中的死亡事故有80 %以上是材料产生的浓烟和有毒气体造成的。因而除了阻燃效率外, 低毒、低烟也是阻燃剂必不可少的指标。欧共体国家曾颁布禁止含卤素阻燃剂的塑料进入欧洲市场的法令。无卤、低烟、低毒的环境友好型阻燃剂研究开发已为热点, 是未来阻燃剂的发展方向, 我国大力发展mh等无机阻燃剂具有其现实意义和广阔的前景。
（一）mh阻燃剂的优点

    mh是一种白色结晶或粉末, 通过特殊工艺还可制得针状mh, 而天然纤维状水镁石则可制得纤维状mh。mh经特殊处理即是一种无机添加型阻燃剂, 具有阻燃、消烟、防流滴、填充等多种功能,与ath相比,具有高热稳定性、高效促基材成炭作用和强除酸能力等特性, 可广泛应用于pp、pe、e2va、pvc、hips、abs 等塑料、弹性体、橡胶等, mh阻燃剂的优点主要有以下几个方面 :

    1： mh阻燃剂具有较好的抑烟作用, 其抑烟能力优于ath。nbs 烟箱实验表明, mh的添加量达9 %时就有明显的抑烟作用, 其最大烟密度由2556 降到375。

    2： mh是不产生有害气体、不影响树脂电气绝缘性的无毒阻燃剂, 制备过程中无有害物质排放,mh燃烧后的分解产物为mgo ,它本身无毒,还能中和燃烧过程中其他成分产生的酸性及腐蚀气体,如so2、no2、co2 等。

    3： mh 的热分解温度为340～ 490 ℃ , 比ath高出100 ℃, 所以添加mh的塑料能承受更高的加工温度, 有利于加快挤出速度, 缩短模塑时间。同时mh的分解能(1. 37 kj / g) 比ath的分解能(1. 17 kj / g) 高,且热容也高17 % ,有助于提高阻燃效率。

    4： mh 在燃烧时对聚合物的炭化作用比ath大,所以阻燃阻熔滴比ath好。

    5： mh对设备的磨损比ath低。

    6：mh原料易得,成本低,市场竞争力强。

    7： 天然纤维状水镁石具有较大的长径比,有希望解决达到阻燃份额、高分子材料力学性能降低太大的矛盾。


（二）改善mh阻燃剂性能的研究进展

    由于mh具有上述优点, 近年来其应用得到较快发展,但作为添加型无卤阻燃剂使用,也需要大量添加才能达到高阻燃要求,这将引起强度下降、流动性和加工性能变差。为了解决大量添加时给材料的力学性能带来的负面影响, 目前对mh阻燃剂主要通过超细化、表面改性和复配高效阻燃剂协同效应来提高阻燃性能,减少添加量。

1：超细化

    近年来, 国内已经有多种新型粉体混合及表面改性设备,既有高效、节能、价廉的设备,也有适于大规模生产的连续式粉体改性的机型, 可根据具体情况选用。

    无机阻燃剂的颗粒越细, 其阻燃效果、机械性能和力学性能越好。由北京化工大学开发的高抑烟型纳米mh阻燃剂已工业化生产,其高效阻燃抑烟,可明显改善阻燃材料的各种机械性能。

2：表面改性

    mh的极性很强, 表面带有正电荷, 具有亲水性,且易团聚,与高分子材料的相容性差,因此,合理的表面处理对改善mh的使用性能极为重要,甚至必不可缺。对mh的表面改性处理常用阴离子表面活性剂、有机磷酸酯、偶联剂、高分子包覆剂。表面改性的优劣与表面改性剂和mh 之间的作用力类型、作用点的多少、改性剂用量的多少,以及mh被改性后所形成的表面性质密切相关。一般来说,表面改性剂与mh 之间化学键合作用的改性效果优于物理吸附作用; 作用点越多, 改性剂把无机mh粒子包裹得越紧密, 在加工过程中就能避免因高温和高强剪切力的作用暴露极性表面而造成流变性不佳、mh 在基质中成为屈服点和应力集中点, 从而使机械性能变差的缺点。同时, 正确的表面改性方法还需用适宜的表面改性设备才能达到良好的表面改性效果。以往国内对mh的表面改性处理只有少数企业用低速捏合机和新型表面改性设备, 大多数企业使用老式一般高速混合机(950/475 rpm) 或所谓“热搅”/“冷搅”复合式粉体连续改性系统。这种高速混合机是为pvc 树脂粉与增塑剂等助剂混合而设计的,用于mh粉体表面改性处理时主要有如下缺点:

(1)：混合机内存在明显死角, 混合状态不良,均匀性差,且易结团;

(2) ：粉尘飞扬问题严重, 无法用喷液雾化方式添加液状偶联剂, 而多是从加料口用壶状容器手工泼洒, 这样不均匀更加重了微细粉粒的结团现象,成为质量隐患,表面改性效率达不到100 %;

(3) ：耗电量及启动瞬时电流过大等。mh表面处理效果。经过处理的mh不仅机械强度较未处理的高, 而且氧指数(loi) 也有很大改善。

    利用自制的复合型偶联剂处理水氯镁石用于hdpe , 不仅可以改善体系的阻燃性能,而且可以使复合材料的物理机械性能特别是冲击强度得到较大幅度的提高。如水镁石添加量为50 %时,体系的拉伸强度仅有小幅度(8 %) 下降,而冲击强度则达基体树脂的4. 3～6. 5 倍, loi 值为2411 % ,复合体系从易燃材料变为具有自熄性的材料。他们指出,高添加量下水镁石复合体系之所以能保持较高的拉伸强度, 可能与其小粒径部分多呈菱形的形态特征有关; 而水镁石所引起的增韧效果, 则与偶联剂对水镁石表面有较好的反应活性, 并能和基体树脂之间生成强度较高的微观相界面的作用有关。

    具有较大长径比的改性纤维状mh分散均匀,与树脂的相容性较好, 并具有较强的抗静电作用。用经过表面处理的纤维状mh与pe、pvc、pp 等经加工制成多功能母料,具有增强、阻燃、消烟、抗静电、提高热稳定性等多种功能,已经用于pvc、pe、pp 的共混改性工艺, 对于塑料制品的进一步开发和应用具有较好的环境和经济效益。这种母料已获得专利。

    利用粒径2μm的水镁石粉料, 经硅烷偶联剂a - 151 和硬脂酸双层包覆处理, 在ldpe/ 水镁石体系中的阻燃性能，对水镁石用于pp 阻燃性能进行了研究, 当水镁石用量达到40phr 以上时, pp/ 水镁石复合材料可作阻燃材料使用, 当用量达到60phr 时,pp/ 水镁石复合材料可作难燃材料使用。在水镁石用量较大时,可加入适量的sbs或epdm等对pp 共混改性,从而达到阻燃性能和力学性能的兼顾。