市場前景廣闊的無機阻燃劑——氫氧化鎂

　　近半個世紀(jì)以來，人工合成聚合材料的產(chǎn)量呈現(xiàn)前所未有的指數(shù)增長趨勢。聚合材料（如聚乙烯等塑料、橡膠、纖維和涂料等）發(fā)展十分迅速，幾乎滲入到國民經(jīng)濟的每一個部分。聚合材料易燃的特性限制了其工業(yè)應(yīng)用，也為生產(chǎn)生活帶來了危險，據(jù)美國的統(tǒng)計數(shù)字顯示，美國平均發(fā)生火災(zāi)的頻率為每 17s 一次，由此引發(fā)的損失無法估量，而阻燃劑的使用就成為聚合材料工業(yè)應(yīng)用的必然趨勢。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前阻燃劑已經(jīng)成為聚合材料的第二大助劑，全球年生產(chǎn)量大約在 15 萬噸~17 萬噸之間，年消費量則達到 20 萬噸左右。

　　阻燃劑是能夠阻礙火焰燃燒的物質(zhì)。

　　一般有兩種分類方法：

　　一是按照所含阻燃元素可分為有機和無機阻燃劑；

　　二是按照阻燃劑與聚合材料的關(guān)系可分為添加型和反應(yīng)性阻燃劑。

　　隨著人們安全、環(huán)保、健康意識的日益增強，世界各國目前已經(jīng)把環(huán)保型阻燃劑作為研究開發(fā)和應(yīng)用的重點，而無機阻燃劑是使用最多的一類環(huán)保型阻燃劑，目前上工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品主要包括鋁、鎂和鉬等金屬的氫氧化物，磷酸銨類和硼酸等。而氫氧化鎂作為無鹵、低煙、無毒的環(huán)保型阻燃劑日益引起人們的關(guān)注。

　　氫氧化鎂屬于添加型無機阻燃劑，具有阻燃、消煙和填充三種功效，同時賦予材料無毒性和無腐蝕性的特點。且在生產(chǎn)、使用和廢棄物產(chǎn)生的過程中均無有害物質(zhì)排放，對環(huán)境不造成污染。更重要的是氫氧化鎂原料豐富、易得，市場競爭力強。海水資源中含有大量的鎂鹽，同時在我國蘊藏著豐富的鎂礦如菱鎂礦、白云石和水鎂石等。

　　其阻燃機理及優(yōu)勢如下：

      Mg(OH)2分解溫度為 340℃~490℃，490℃分解完全。其受熱分解產(chǎn)生水，同時吸收大量熱量。吸熱總量為44.8KJ·mol-1，具有良好的阻燃和消煙效果。反應(yīng)式如下：

　　其阻燃機理為：氫氧化鎂在一定的溫度（340℃<T<490℃）條件下，受熱分解成氧化鎂和水，同時吸收大量的熱，從而抑制了聚合物材料的溫度上升，延緩其熱分解并降低了燃燒速度產(chǎn)生的氧化鎂覆蓋于聚合物表面，起到了一定的隔熱作用；釋放出的水汽沖淡了表面氧氣的濃度，使表面燃燒較難進行另外，氫氧化鎂有利于形成表面炭化層，阻止了熱量和氧氣的進入。

      1、“冷卻技術(shù)”

　　氫氧化鎂阻燃劑受熱分解時會釋放水分，吸收熱量，降低聚合材料表面火焰的實際溫度，從而減緩聚合物降解為低分子的速度。而且均勻釋放出的水汽可以沖淡材料表面氧氣的濃度，使材料表面的燃燒無法繼續(xù)進行。

      2、促進不可燃化合物的產(chǎn)生

　　高溫下阻燃劑與可燃反應(yīng)物反應(yīng)可產(chǎn)生炭，炭層不僅可以隔絕空氣，還能夠避免可燃物的熱分解，與此同時超細化的納米氫氧化鎂顆?？梢猿浞址稚⒃谔炕瘜又衅鹬羌艿淖饔?，使生成的炭化層具有較好的剛性與強度，從而抵御火災(zāi)煙氣流動產(chǎn)生的氣流。均勻分散的氫氧化鎂阻燃劑在高溫下與聚合材料會發(fā)生反應(yīng)，分解出二氧化碳等不燃性氣體，通過隔絕空氣以達到滅火的效果。

      3、高效抑煙作用

      NBS煙箱表明氫氧化鎂的添加量達9%時就有明顯的抑煙效果，其最大煙密度由2556降至375。

      4、隔斷熱傳導(dǎo)和熱輻射

　　經(jīng)研究表明，添加Mg(OH)2阻燃劑的聚合材料可以承受更高的加工溫度，除燃燒階段除自身進行脫水反應(yīng)外，還能促進聚合物的成炭作用，形成保護層，發(fā)揮比較好的阻燃效果的同時能夠在可燃物表面生成耐火性較好的均勻分布的金屬氧化物，可與其他炭化物共同形成一道致密的阻燃屏障，減小燒蝕速率，同時降低分解產(chǎn)物的質(zhì)量損失速率，防止火焰的進一步蔓延。

      5、納米填充降低高聚物的濃度

　　填充納米級超細氫氧化鎂阻燃劑的聚合材料，可以均勻地降低可燃性高聚物的濃度，從而減小可燃物的濃度，使其阻燃性能較佳。

　　其作為阻燃劑的要求如下：

　　普通氫氧化鎂一般為無定形，比表面積大，極性很強，晶粒容易二次聚集，要達到一定的阻燃效果，添加量需在50%以上，填充量大，其在樹脂中的分散性不好，容易使得材料機械強度明顯下降，特別是沖擊強度，對材料的性能影響很大。所以氫氧化鎂用作阻燃劑時，必須經(jīng)過特殊制備工藝處理和表面改性，良好的氫氧化鎂阻燃劑一般需要具備下列性能：

      1、晶形為片狀或纖維形

　　這樣能夠與聚合物很好地相容，不會對材料機械性能影響太大，甚至可以起到補強增韌作用。

      2、純度高

　　氫氧化鎂的純度越高，其阻燃性能就越好。

      3、粒度小、分布均勻

　　實踐證明納米氫氧化鎂作為阻燃劑填充到材料中時，各方面性能包括阻燃、消煙效果和機械性能都比微米氫氧化鎂優(yōu)越。

　　注：阻燃技術(shù)的改進

　　超細化：無鹵阻燃劑，特別是無機添加型阻燃劑，其粒度越細，受熱分解速度越快，阻燃效果越好，并且與聚合物的相同性和分散性越好，聚合材料的機械強度和表面質(zhì)量也會得到改善。

      4、表面極性低

　　普通氫氧化鎂正是由于表面極性高、內(nèi)應(yīng)力大，作為阻燃劑填充到材料中時影響了材料的機械性能，當(dāng)表面極性低時，顆粒積聚成團性能降低，在材料中分散性和相容性增加，對機械性能影響減少。