中國粉體網(wǎng)訊  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、日本及我國的法律限制，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，氫氧化鎂阻燃劑成為目前最受關(guān)注的無機(jī)類阻燃劑之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。

氫氧化鎂

氫氧化鎂的阻燃機(jī)理

氫氧化鎂具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)，使其呈現(xiàn)優(yōu)良的觸變性和低表面能，對(duì)塑料起良好的阻燃、消煙等作用。氫氧化鎂在340℃開始受熱分解為氧化鎂和水，完全分解時(shí)溫度可高達(dá)490℃，分解時(shí)吸收大量熱能。具體阻燃機(jī)理為：

（1）氫氧化鎂具有較大熱容，在受熱分解時(shí)吸收大量的熱量，同時(shí)釋放出大量水蒸氣，不僅降低了材料表面的溫度，而且可以減少可燃性小分子物質(zhì)的生成。

（2）受熱分解產(chǎn)生大量水蒸氣還可覆蓋材料表面，降低燃燒面空氣中氧濃度，從而妨礙材料的燃燒。

（3）氫氧化鎂受熱分解生成的氧化鎂是一種良好的耐火材料，其不僅能夠覆蓋在材料表面，還能夠促進(jìn)聚合物材料炭化，形成炭化層阻擋熱量和空氣進(jìn)入，從而有效阻止燃燒。

（4）氫氧化鎂具有氧化還原反應(yīng)催化劑作用，能夠促進(jìn)燃燒過程中CO轉(zhuǎn)化為CO₂；分解產(chǎn)生的氧化鎂可中和燃燒過程中產(chǎn)生的SO₂、CO₂及NO₂等，從而減少有毒有害氣體的釋放。

氫氧化鎂阻燃劑的制備

1、物理粉碎法

物理粉碎法是采用機(jī)械或者超聲的方法將天然礦物（多為水鎂石）進(jìn)行粉碎和超細(xì)粉碎，得到所需粒度范圍內(nèi)氫氧化鎂的方法。采用物理粉碎法制備氫氧化鎂雖然工藝簡單、成本較低，但是制備的氫氧化鎂純度較低、粒度分布不均，通常需要采用特殊研磨方式或在研磨過程中添加助磨劑（或分散劑）獲得品質(zhì)較高的氫氧化鎂。因此其在工業(yè)上的應(yīng)用和發(fā)展受到較大限制。

2、化學(xué)固相法

固相法制備氫氧化鎂是將固態(tài)的金屬鹽和金屬氫氧化物按照一定的比例混合，經(jīng)過研磨和煅燒，發(fā)生固相反應(yīng)從而得到氫氧化鎂產(chǎn)物的過程。該方法具有工藝簡單、成本較低等特點(diǎn)，但也存在產(chǎn)品純度較低、易團(tuán)聚、分散性能較差等缺陷，在實(shí)際大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用較少。

3、化學(xué)氣相法

氣相法制備氫氧化鎂是以氨氣作為沉淀劑，將氨氣直接通入含有Mg²⁺的溶液中制備氫氧化鎂。以氣相法制備氫氧化鎂，其品質(zhì)受氨氣流量、攪拌強(qiáng)度及反應(yīng)溫度等因素的影響。通過氣相法制備氫氧化鎂阻燃劑過程中因氨濃度穩(wěn)定，制得的產(chǎn)品具有純度高、粒徑均勻和分散性能較好等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)通入氨氣過程中不引入水分，得到的氫氧化鎂漿濃度高，生產(chǎn)過程中占地面積小，單位設(shè)備產(chǎn)率較高，但是對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求較高，也容易產(chǎn)生氨氣擴(kuò)散污染環(huán)境的問題。

4、化學(xué)液相法

液相法制備氫氧化鎂是以鎂鹽為主要原料，將其與含氫氧根離子(OH^-)的堿性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，再經(jīng)洗滌、干燥等得到制品。液相法可分為直接沉淀法、溶劑熱及水熱法、沉淀-共沸蒸餾法、超聲化學(xué)法及微波輔助法等。

（1）直接沉淀法

直接沉淀法也稱為堿法，是將鎂溶液直接與堿性沉淀劑或者沉淀劑前驅(qū)物反應(yīng)生成氫氧化鎂的方法，根據(jù)沉淀劑種類的不同可分為石灰法、氨法、氫氧化鈉法和氫氧化鈣法等。直接沉淀法簡單易行，對(duì)設(shè)備和技術(shù)要求較低且不易產(chǎn)生雜質(zhì)，但其反應(yīng)條件影響最終產(chǎn)品性能，氫氧化鎂制備原料濃度、反應(yīng)過程、反應(yīng)時(shí)間、溫度、攪拌速率等都是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

（2）溶劑熱及水熱法

溶劑熱及水熱法是一種易于控制氫氧化鎂尺寸和分散度的化學(xué)合成法。該方法在高溫高壓下使氫氧化鎂性質(zhì)改變，原料中鎂鹽與堿性物質(zhì)進(jìn)行充分反應(yīng)和結(jié)晶，形成顆粒更均勻、分散性更高的氫氧化鎂。當(dāng)前對(duì)溶劑熱及水熱法的研究主要集中于提高氫氧化鎂產(chǎn)品的性能，如添加不同類型有機(jī)物溶劑或添加劑、合理調(diào)整化學(xué)反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等。

（3）沉淀-共沸蒸餾法

沉淀-共沸蒸餾法可以改善常規(guī)制備氫氧化鎂的過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象。原理是一般沉淀物顆粒之間充滿水分子，直接干燥容易導(dǎo)致顆粒在毛細(xì)管壓力作用下產(chǎn)生硬團(tuán)聚，共沸蒸餾法通過利用醇類等有機(jī)物和水在一定溫度下形成共沸物，從而將氫氧化鎂膠體中的水分脫除掉，進(jìn)而改善其分散性，獲得分散性能良好的產(chǎn)物。

（4）超聲化學(xué)法和微波輔助法

超聲化學(xué)法與微波輔助法都屬于新型氫氧化鎂阻燃劑制備工藝，其中超聲化學(xué)法是在極限條件下引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，主要靠超聲波引發(fā)微泡的形成和坍塌，使其在高溫高壓下產(chǎn)生活性位點(diǎn)，從而增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)速率，確保氫氧化鎂顆粒形貌更均勻、統(tǒng)一。該方法的研究主要側(cè)重于對(duì)超聲波功率、產(chǎn)品性能等方面，可強(qiáng)化超聲化學(xué)法制備氫氧化鎂阻燃劑的綜合優(yōu)勢。超聲化學(xué)法無須進(jìn)行反應(yīng)過程的壓力控制，綜合反應(yīng)速度更快，反應(yīng)溫度相對(duì)較低，過程控制更具優(yōu)勢。

采用微波技術(shù)制備氫氧化鎂，能量消耗相對(duì)較少，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。同時(shí)微波輔助法以加熱形式能夠有效縮短氫氧化鎂化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，讓樣品溶液內(nèi)部形成更為均勻的高溫狀態(tài)。微波輔助法可以與水熱法等進(jìn)行融合使用，進(jìn)一步探索氫氧化鎂阻燃劑制備的新型方式和深層應(yīng)用價(jià)值。

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，市場上生產(chǎn)的氫氧化鎂阻燃劑大多是微米級(jí)(d＞5μm)，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、能夠較好地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)。

氫氧化鎂表面改性研究

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。

氫氧化鎂物理改性通常有表面高能改性和表面包覆改性。表面高能改性主要通過輻射等方法對(duì)Mg(OH)₂進(jìn)行改性，改變Mg(OH)₂的表面活性。改性過程不涉及化學(xué)反應(yīng)。表面包覆改性主要是通過分散劑對(duì)Mg(OH)₂進(jìn)行改性。

超細(xì)化氫氧化鎂研究

超細(xì)化是增強(qiáng)氫氧化鎂與聚合物兼容性、降低填充量有效的方法之一。制備工藝對(duì)氫氧化鎂最終形貌的粒徑大小、粒徑分布、形貌等物理化學(xué)性質(zhì)具有決定性的影響，通過改變制備工藝是獲得超細(xì)級(jí)氫氧化鎂最有效的方法。

溶劑熱和水熱法、微波輔助法和超聲波化學(xué)法在制備微納米級(jí)的材料方面已得到了大量的驗(yàn)證，在制備超細(xì)級(jí)氫氧化鎂阻燃劑材料方面也有了一些研究報(bào)道。

小結(jié)

在過去的二十多年中，氫氧化鎂改性和超細(xì)化制備研究取得了較大的進(jìn)步。氫氧化鎂的無毒性、來源廣泛、價(jià)格低廉，是該材料作為阻燃劑的最大優(yōu)勢。隨著環(huán)保力度的加強(qiáng)，未來氫氧化鎂在阻燃劑材料中的應(yīng)用會(huì)不斷地增大，實(shí)現(xiàn)氫氧化鎂阻燃劑的表面改性和超細(xì)化制備對(duì)其在阻燃材料行業(yè)的應(yīng)用具有重要的意義。

參考資料：

[1]氫氧化鎂阻燃材料改性工藝研究現(xiàn)狀，西部礦業(yè)集團(tuán)有限公司，曹雨微等

[2]氫氧化鎂阻燃劑的制備及其在塑料領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展，武漢工程大學(xué)，曾書航等

[3]氫氧化鎂的表面改性及其在聚合物中的應(yīng)用研究，青海大學(xué)，劉英

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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