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具有很好发展前景的阻燃剂-超细氢氧化镁阻燃机理

2021-06-07 已有10人浏览 韩国快三

在过去的半个世纪里,人工合成聚合材料的生产呈现出了前所未有的指数级增长。聚合物(如聚乙烯、橡胶、纤维、涂料等)迅速发展,几乎渗透到国民经济的每个部门,为医疗、电子、航天工业等提供了所需的新材料。聚合性材料的可燃性限制了它在工业上的应用,也给生产生活带来危险,美国的统计数据显示,全国平均火灾率为17s一次,因此所造成的损失是不可估量的,而阻燃剂的使用是聚合性材料工业应用的必然趋势。根据统计,目前阻燃剂已成为聚合材料的第二大助剂,全世界每年可生产15万-17万吨阻燃剂,年消耗量约为20万吨。

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超细氢氧化镁阻燃剂是一种无卤环保型阻燃剂,以其高效、无毒、无烟、无污染等优点,已成为最具发展前景的无机阻燃材料之一。目前国内阻燃级氢氧化镁粒度分布不均匀、生产成本高、产量少,因此,寻找一种低成本的制备改性氢氧化镁的方法,实现连续、大批量生产各种性能优良的超细氢氧化镁阻燃剂,具有重要的现实意义。


阻燃剂是可以阻止火焰燃烧的物质的总称。由于人们对安全、环保、健康的认识不断提高,国内外已将环保型阻燃剂作为研发和应用的重点,其中以无机阻燃剂为主,以环保型阻燃剂为主的一类工业用阻燃剂主要有铝、镁、钼等金属的氢氧化物、磷酸铵类、和硼酸等。超微氢氧化镁作为无卤、低烟、无毒环保型阻燃剂,正越来越受到人们的重视。同时,我国是镁资源大国,镁盐矿物丰富,其中以菱镁矿资源最为丰富,储量居世界之首,为制备超细氢氧化镁阻燃剂提供了充足的原料保障。


超细氢氧化镁阻燃剂概述阻燃剂一般有两种分类方法一是按所含阻燃元素可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂,二是按阻燃剂与聚合材料的关系可分为添加型和反应型超细氢氧化镁阻燃剂不含卤素元素,以磷系化合物为主,金属氢氧化物为主,燃烧发烟量小,不产生有毒有害气体,是一种新型的阻燃剂体系,与阻燃剂的发展趋势及当前环保要求相一致。

超细氢氧化镁阻燃剂属添加型无机阻燃剂,与同类无机阻燃剂相比,具有阻燃、消烟、充填等三大功效,同时赋予材料无毒性、无腐蚀性。但是,由于氢氧化镁的粒度较细,比表面积较大,容易在聚合材料中实现颗粒的均匀分散,受热后又能均匀释放其阻燃性,避免了因氢氧化镁阻燃剂在常规粒度范围内局部分解而引起聚合材料成炭不均匀导致机械性能较差的问题。

研究表明,采用纳米技术可以通过改变阻燃机理来改善材料的阻燃性能[13]。在美国,Amerbrom出售0。9um的Mg(OH)2,超细化后的产物能够更有效地提高其在聚合材料中的分散性,同时还能降低其对模体和聚合体物理性能的影响。结果表明,水镁石纤维对HDPE复合体系有较好的阻燃效果,且有一定的增强作用。结果表明,氢氧化镁的阻燃性与其颗粒大小成反比,即颗粒越细,阻燃性越好。


超细氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理

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Mg(OH)2的分解温度为340℃~480℃,这使得添加了氢氧化镁阻燃剂的材料能够承受较高的加工温度,并且在燃烧过程中除了自身脱水反应外,还能促进聚合物的成炭作用,形成保护层,起到较好的阻燃作用。

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图1.2显示了MgOH)2的消烟性能。MgOH2的阻燃性主要表现在固体降解性上,其发烟量明显少于CaCO3和Al(OH)3的超细Mg(OH)2阻燃剂的阻燃性,其阻燃性主要体现在以下几个方面。

(1)超细氢氧化镁阻燃剂的“冷却技术”-超细氢氧化镁阻燃剂在受热分解时会释放水分,吸收热量,降低了聚合体表面火焰的实际温度,从而使聚合体分解成低分子物的速度减慢。此外,均匀释放出的水汽可以稀释物质表面氧气的浓度,从而阻止物质继续燃烧。

(2)促进不可燃化合物的生产高温下,与可燃反应物反应可生成碳,而碳层不仅能使空气变暖,而且能避免可燃物的热分解。在高温下,超细化均匀分散的氢氧化镁阻燃剂与聚合材料发生反应分解出二氧化碳等不燃性气体,使之通过空气而达到灭火作用。同时,均匀分散的超细化氢氧化镁阻燃剂能促进炭化过程,超细化纳米颗粒能在炭化层中充分分散,使生成的炭化层具有较好的刚度和强度,能够抵抗燃烧过程中产生的气流。

高效抑烟作用下的固体材料燃烧过程分为固体分解、预燃、燃烧和燃烧三个阶段,一般聚合材料的固体分解温度为200-350℃,而Mg(OH2)分解温度为340℃-490℃,比普通聚合材料的分解温度要高,因此一般聚合材料的固体分解温度为200-350℃,而Mg(OH2)分解温度为340℃-490℃,比普通聚合材料的分解温度低,因此氢氧化镁的燃烧对生烟的影响最小;此外,它的燃烧物部分区域被冲淡吸收,因此超细Mg(OH)2(OH)具有良好的消烟效果。

(4)隔断热传导和热辐射经研究表明,添加超细Mg(OH2阻燃剂的聚合材料能承受较高的加工温度,在燃烧过程中,除了自身发生脱水反应外,还能促进聚合物的成炭作用,形成保护层,起到较好的阻燃作用,同时能在可燃物表面产生均匀分布的金属氧化物,与其它碳化物共同形成一道致密的阻燃屏障,降低分解产物的质量损失,防止火焰的进一步蔓延。

(5)纳米填充减少高聚物的浓度,用纳米级超细氢氧化镁阻燃剂填充,可均匀降低高聚物的浓度,从而降低易燃物的浓度,使其具有良好的阻燃性能。


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