氫氧化鎂（MH）是一種環境友好型綠色無機阻燃劑，具有良好的阻燃、抑煙和填充效果，其分解溫度高且分解時不會產生有毒有害污染物，同時 MH 可以與其他阻燃劑協同使用，達到更高的阻燃效果。

 

       目前對 MH 阻燃劑阻燃塑料的研究多集中在用量、改性、粒徑及復配等方面。雖然 MH 能夠提升不同塑料的阻燃性能，但其與塑料相容性較低，降低了塑料的力學性能，阻礙 MH 在塑料領域廣泛應用。我們來看看近年來 MH 阻燃劑的制備方式和在塑料領域中的應用。

 

       一、MH 的阻燃機理

 

       MH 具有特殊的層狀結構，使其呈現出優良的觸變性和低表面能，對塑料能起到良好的阻燃、消煙等作用。MH 在 340 ℃ 開始受熱分解為氧化鎂和水，完全分解時溫度可高達 490 ℃，分解時吸收大量熱能。具體阻燃機理為：

 

       1、MH 具有較大熱容，在受熱分解時吸收大量的熱量，同時釋放出大量水蒸氣，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的生成。

 

       2、受熱分解產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、MH 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，還能夠促進聚合物材料炭化，形成炭化層阻擋熱量和空氣進入，從而有效阻止燃燒。

 

       4、MH 具有氧化還原反應催化劑作用，能夠促進燃燒過程中 CO 轉化為 CO₂；分解產生的氧化鎂可中和燃燒過程中產生的 SO₂、CO₂ 及 NO₂ 等，從而減少有毒有害氣體的釋放。

 

       二、MH 阻燃劑的制備

 

 

 

       1、物理粉碎法

 

       物理粉碎法是采用機械或者超聲的方法將天然礦物（多為水鎂石）進行粉碎和超細粉碎，得到所需粒度范圍內 MH 的方法。采用物理粉碎法制備 MH 雖然工藝簡單、成本較低，但是制備的 MH 純度較低、粒度分布不均，因此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）獲得品質較高的 MH。

 

       豐世鳳等采用行星式球磨機在不同球磨工藝參數下對水鎂石進行超細研磨，獲得了粒度較均勻的 MH。獲得的 MH 提升聚酯材料的阻燃性能。以物理粉碎法獲得 MH 的方式對環境污染小，但是產生的 MH 顆粒較大且不均勻需要進行超細化處理，而且雜質較多純度不高，因此其在工業上的應用和發展受到較大限制。

 

       2、化學固相法

 

       固相法制備 MH 是將固態的金屬鹽和金屬氫氧化物按照一定的比例混合，經過研磨和煅燒，發生固相反應從而得到 MH 產物的過程。該方法具有工藝簡單、成本較低等特點，但也存在產品純度較低、易團聚、分散性能較差等缺陷，在實際大規模工業化生產中應用較少。

 

       3、化學氣相法

 

       氣相法制備 MH 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 MH。以氣相法制備 MH，其品質受氨氣流量、攪拌強度及反應溫度等因素的影響。

 

       宋薛雪等以水氯鎂石和氨氣為原料，在攪拌強度為 30 r/min、氨與鎂物質的量比為 2 : 1、氨氣加入流量 320 mL/min、陳化時間 90 min、反應溫度 60 ℃ 時，制得的 MH 純度為 99.60 %，白度為 99.34。

 

       王東意以白云石礦為原料，采用先煅燒再蒸氨后氨氣沉淀法制備 MH。在反應溫度 100 ℃、反應時間 3.5 h、NH⁴⁺ 與白云石灰物質的量比 4.2 : 1 時，鎂離子的轉化率最高。通過氣相法制備 MH 阻燃劑過程中因氨濃度穩定，制得的產品具有純度高、粒徑均勻和分散性能較好等優點；同時通入氨氣過程中不引入水分，得到的 MH 漿濃度高，生產過程中占地面積小，單位設備產率較高，但是對設備和技術的要求較高，也容易產生氨氣擴散污染環境的問題。

 

       4、化學液相法

 

       液相法制備 MH 是以鎂鹽為主要原料，將其與含氫氧根離子（OH^-）的堿性物質進行反應，生成 MH 沉淀，再經洗滌、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、超聲化學法及微波輔助法等。

 

 

 

       5、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物反應生成 MH 的方法，根據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。劉春英等在 MH 常規類型原料外增加氯化鈉作為輔助添加劑，采用直接沉淀法合成了純度更高、粒度更為均勻的 MH。直接沉淀法簡單易行，對設備和技術要求較低且不易產生雜質，但其反應條件影響最終產品性能，MH 制備原料濃度、反應過程、反應時間、溫度、攪拌速率等都是當前研究的重點。

 

       6、溶劑熱及水熱法

 

       溶劑熱及水熱法是一種易于控制 MH 尺寸和分散度的化學合成法。該方法在高溫高壓下使 MH 性質改變，原料中鎂鹽與堿性物質進行充分反應和結晶，形成顆粒更均勻、分散性更高的 MH。吳健松等探究有機溶劑-水熱法制備球形 MH 阻燃劑的方法。結果表明：當有機溶劑質量分數為 35 %、水熱反應溫度為 190 ℃、反應時間為 5 h 時，可制得雜質含量低、分散性高、晶形好的球狀 MH 顆粒。當前對溶劑熱及水熱法的研究主要集中于提高 MH 產品的性能，如添加不同類型有機物溶劑或添加劑、合理調整化學反應時間、反應溫度等。

 

       7、沉淀-共沸蒸餾法

 

       沉淀-共沸蒸餾法可以改善常規制備 MH 的過程中的團聚現象。原理是一般沉淀物顆粒之間充滿水分子，直接干燥容易導致顆粒在毛細管壓力作用下產生硬團聚，共沸蒸餾法通過利用醇類等有機物和水在一定溫度下形成共沸物，從而將 MH 膠體中的水分脫除掉，進而改善其分散性，獲得分散性能良好的產物。

 

 

 

       8、超聲化學法和微波輔助法

 

       超聲化學法與微波輔助法都屬于新型 MH 阻燃劑制備工藝，其中超聲化學法是在極限條件下引發的化學反應，主要靠超聲波引發微泡的形成和坍塌，使其在高溫高壓下產生活性位點，從而增強化學反應速率，確保 MH 顆粒形貌更均勻、統一。

 

       張夢婷等通過超聲輔助水化法，以活性氧化鎂為原材料，在超聲功率為 450 W、水化 2 h 的條件下，制得粒徑和分散度良好的 MH 阻燃劑。該方法的研究主要側重于對超聲波功率、產品性能等方面，可強化超聲化學法制備 MH 阻燃劑的綜合優勢。超聲化學法無須進行反應過程的壓力控制，綜合反應速度更快，反應溫度相對較低，過程控制更具優勢。

 

       Yu 等基于常規波模擬程序基礎提出微波輔助法。柴多里等將均相沉淀法和微波輔助法融合應用，以硫酸鎂、NH₃·H₂O-NH₄Cl 緩沖溶液為原料，合成了花瓣狀且花瓣片厚度約 40 nm 的納米 MH。采用微波技術制備 MH，能量消耗相對較少，且不會對環境造成嚴重污染。同時微波輔助法以加熱形式能夠有效縮短 MH 化學反應時間，讓樣品溶液內部形成更為均勻的高溫狀態。微波輔助法可以與水熱法等進行融合使用，進一步探索 MH 阻燃劑制備的新型方式和深層應用價值。

 

       三、MH 阻燃劑在塑料領域中的應用

 

       1、MH 阻燃劑在 PP 中的應用

 

       PP 具有低毒性、低成本、良好的電絕緣性、較好的加工性和耐化學腐蝕性，滿足汽車、建筑等領域的應用要求。但是 PP 易燃燒，燃燒速度快，燃燒過程中產生熔融液滴，并且釋放大量有毒煙霧，因此提高 PP 的阻熱性能很重要。

 

       陳靈智等以硫酸鎂、氨水和活性炭為原料制備活性炭改性 MH 阻燃劑，并將其應用到 PP 聚合物。結果表明：將改性 MH 阻燃劑應用到 PP 中，PP 的極限氧指數（LOI）由 19.6 % 提高至 28.9 %，明顯改善其阻燃性能。

 

       邢丹等采用了硬脂酸對 MH 阻燃劑進行表面改性，確定了最佳改性工藝條件，并將改性的 MH 與 PP 混合壓板制成了 MH/PP 復合材料，考察了復合材料的力學性能和熱穩定性。結果表明：改性 MH 的添加雖然降低了 PP 的拉伸強度和斷裂伸長率，但使 PP 的沖擊強度增加了 54.55 %，熱分解溫度從 290 ℃ 提高至 380 ℃。

 

       申紅艷等研究傳統沉淀法和超重力沉淀法制備的未改性 MH 和改性 MH，對 PP/MH 復合材料的阻燃性能和力學性能的影響。結果表明：添加 MH 后 PP 的阻燃性能提高，但其力學性能下降；超重力沉淀法制得的 MH 比傳統方式制得的 MH 對 PP 的阻燃性和力學性能提升效果更好；改性的 MH 與 PP 之間的界面黏結性增強，在 PP 中的分散性提高，顯著改善了 PP 的阻燃性能和力學性能。

 

       劉英采用單一改性劑十二烷基磷酸酯（DDP）和復合改性劑 DDP/硅烷偶聯劑對 MH 進行改性，將改性 MH 與 PP 基體混煉加工得到復合材料。結果表明：添加 MH 顯著改善了復合材料的熱穩定性，提高阻燃性能，降低了對 PP 基體力學性能的損失程度。

 

       雖然 MH 的添加能提高 PP 的阻燃性能，但是也存在一定問題：

 

       （1）在 MH 的添加量達到 55 % 時，PP 的 LOI 值才達到難燃材料起始線，但此時 PP 的力學性能較差。

 

       （2）采用紅磷作為脫水促進劑可降低 MH 的添加量，使 PP 保持較好的力學性能，但是紅磷的顏色較深，限制阻燃 PP 在多種產業中的應用。

 

       （3）MH 的純度和粒徑直接影響 PP 的熱穩定性，但是粒徑較小的 MH 產生嚴重團聚現象，需要采取有效方式對 MH 進行表面處理。

 

       2、MH 阻燃劑在聚苯乙烯（PS）中的應用

 

       PS 具有價格低、易加工、防腐蝕、抗沖擊能力強、耐用性好等特點，廣泛應用于建筑、裝飾、電氣、交通等行業。PS 的 LOI 值較低，易燃燒、離開火源后可繼續燃燒，在燃燒過程中釋放大量熱量、有毒煙氣，產生嚴重熔滴，限制其廣泛應用。

 

       Xu 等在 PS 中添加 MH，研究其阻燃效果的改變。結果表明：隨著 MH 添加量的增加，PS 熱降解過程中產生的 CO₂ 不斷減少，殘炭量急劇上升，揮發物和半揮發物含量增多，說明 MH 的加入改變了 PS 的阻燃性，提高了其燃燒溫度，改變了其燃燒機理。

 

       殷海清等采用表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉對 MH 進行改性，并將改性 MH 與 PS 制成復合材料。結果表明：改性 MH 與 PS 相容性較好，明顯改善了 PS 的阻燃效果，在 MH 添加量為 60 % 時，復合材料的阻燃效果最佳。

 

       董嘉更等將 PS 與經過表面改性的納米 MH（nano-MH）進行熔融復合，制得了 PS/nano-MH 復合材料，并研究該復合材料的燃燒行為。結果表明：改性 nano-MH 在 PS 基體中團聚減少，分散更加均勻，添加到 PS 中使 PS 的阻燃性能得到明顯改善。當 nano-MH 用量為 60 份時，復合材料燃燒過程中不再滴落；nano-MH 用量為 100 份時，復合材料能夠自熄，材料的 LOI 值達到 24.1 %，水平燃燒級別可達 FH-1 級。

 

       王國振在 PS 中加入十二烷基苯磺酸鈉改性的 MH 阻燃劑，制成阻燃 PS 復合材料，并分析復合材料的力學性能、熱穩定性以及阻燃性能。結果表明：改性 MH 阻燃劑在 PS 基體中分散性能良好，制得的復合材料的 LOI 值較純 PS 提高 44.3 %，且燃燒速率變慢。雖然 MH 阻燃劑能夠提升 PS 的阻燃性能，但隨著 MH 加入量的增加，復合材料的力學性能逐漸降低，而且在潮濕環境中放置時間過長，發生返潮現象和分解，導致材料的阻燃性能明顯降低，甚至發生變形或掉色。

 

       3、MH 阻燃劑在 PVC 中的應用

 

 

 

       PVC 也是一種常見的熱塑通用塑料，廣泛應用于薄膜、管道、墻板和電氣材料（尤其是電纜絕緣護皮）等領域中，可以分為硬質 PVC 和軟質 PVC。硬質 PVC 添加的增塑劑量較少，其阻燃性能優于軟質 PVC。但 PVC 含有氯，燃燒分解時產生氯化氫氣體，同時產生大量有毒有害煙霧，因此在提高 PVC 阻燃性的同時還需要關注 PVC 燃燒時產生的大量煙霧。MH 阻燃劑能夠在提高 PVC 阻燃性能的同時減少有毒有害氣體的排放，可應用于 PVC 復合材料中。

 

       吳建寧等采用不同改性劑對 MH 進行表面改性，并研究了改性 MH 對 PVC 力學性能和阻燃能力的影響。結果表明：以硬脂酸鋅為改性劑的改性效果最好，吸油值為 33.39 %，得到的 MH 顆粒分散較均勻，團聚現象明顯改善，且明顯改善了 PVC 的阻燃能力，但是對 PVC 的拉伸強度造成了一定影響。

 

       彭鶴松等通過物理研磨的方法制備了超細 MH，使用硅烷偶聯劑對其進行改性，將改性 MH 加入 PVC 中制成復合材料，并對復合材料的熱學性能以及燃燒性能進行研究。結果表明：MH 的加入能夠使 PVC 復合材料 LOI 值明顯上升，煙密度等級明顯下降，熱穩定性和殘炭率顯著提升，不會對 PVC 復合材料的硬度、密度和拉伸強度造成不良影響。

 

       鄧克文等通過物理研磨的方法分別制備了 3 000 目和 6 000 目的 MH，其中對 3 000 目的 MH 進行改性，將 3 種 MH 加入 PVC 中制成復合材料。結果表明：6 000 目 MH 制備的 PVC 復合材料具有最優的綜合性能，LOI 值可達 47.0 %；熱穩定性和最終殘炭率明顯改善，800 ℃ 殘炭率最高為 37.3 %；煙密度明顯下降為 74.64 %；拉伸強度和缺口沖擊強度也有一定的改善，分別為28.9 MPa 和 5.42  kJ/m²。

 

       邱文福等研究不同細度 MH 對 PVC 的阻燃性能的影響。結果表明：MH 粒徑越小，制得的復合材料的 LOI 值越高，最大煙釋放和煙釋放等級下降越明顯。

 

       4、MH 阻燃劑在 PE 中的應用

 

       PE 具有優良的加工性、電絕緣性、力學性能以及耐高低溫性能，被廣泛應用于建筑、電氣、醫療等行業，但其 LOI 值僅為 17.4 % 左右，易燃燒，限制其應用范圍。提高 PE 的阻燃性也是研究的熱點，PE 常用阻燃劑有鹵素類、磷氮類、鋁/鎂類無機阻燃劑等，但 MH 具有成本低廉、環境友好等特點而受到青睞。

 

 

 

       陶君以 3 種不同粒徑的 MH 作為阻燃劑，與 PE 混合制成復合材料，并對其力學性能、電學性能、熱穩定性及阻燃性能進行研究。結果表明：MH 能明顯提升 PE 的阻燃性和熱穩定性，當 MH 粒徑為 3.1 μm 時復合材料的綜合性能最佳，其拉伸強度為 16.1 MPa、斷裂伸長率為 400 %、LOI 值為 22.3 %、熱釋放速率峰值（PHRR）為 270  kW/m²，體積電阻率為 5.2×10¹³ Ω·m。

 

       劉犇等采用三聚氰胺甲醛樹脂對 MH 進行改性，將其與 PE 熔融共混制備復合材料并對其進行研究。結果表明：較單純 MH 阻燃劑與 PE 制成的復合材料相比，改性 MH 制得的復合材料的 LOI 值提高 11 %，且抑煙效果更明顯，拉伸強度和斷裂伸長率分別提高至 12.71 MPa 和 45.07 %。

 

       張紅霞等采用復合改性劑對 MH 進行改性，并應用于高密度聚乙烯（HDPE）。結果表明：制得的復合材料的阻燃性能明顯提升，拉伸性能與純 HDPE 相比無明顯下降。

 

       王琇采用 MH 和石墨烯復配作為復合阻燃劑與 PE 制備復合材料。結果表明：較單純 MH 作為阻燃劑，復配后的阻燃劑對PE的阻燃效果更高，LOI 值提高了 6.4 %。雖然 MH 作為一種綠色環保、阻燃效果優良、成本較低的阻燃材料，可廣泛應用于塑料行業，但是由于 MH 為添加型阻燃劑，需要大量添加才能夠達到較高的阻燃要求。而且 MH 具有強極性，親水性強，在高分子中不易分散，易產生團聚，這會導致與塑料之間的相容性較差，制得的復合塑料的強度下降、加工性和流動性變差，限制其大規模應用于塑料產業。

 

       因此，未來對 MH 阻燃劑的研究方向具體包括：

 

       （1）超細化研究。超細化的 MH 作為阻燃劑不會降低塑料的力學性能，還能夠對剛性粒子起增強作用，同時其表面積的增大會進一步增強阻燃性能。

 

       （2）表面改性研究。采用合適的表面改性劑對 MH 進行表面改性，改善其分散性，減少團聚現象的發生，穩定塑料的力學性能。

 

       （3）復合阻燃劑的研究。開發與 MH 適配的其他阻燃劑，達到降低 MH 添加量的同時提高阻燃效果，也降低對塑料力學性能的影響。

 

       （4）微膠囊技術。將 MH 包埋或封存于高分子材料中，形成微膠囊阻燃劑，達到改善 MH 相容性的目的，提高復合材料的阻燃性能和力學性能。

 

       轉自——鏈塑網公眾號

 

我司供應 CPE/BOPE 薄膜用——超透超低霧度防粘連劑 SILTON JC 硅酸鋁鹽系列

 

依據廣告法，可能是目前最好的選擇 

 

技術咨詢：張凱，13825504923

 

出貨事宜：程明，13825501180

 

 

 

< 返回 >