氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展

摘 要：介绍了氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理，阐述了近年来氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展，展望了氢氧化镁阻燃剂的研究方向。

关键词：氢氧化镁；阻燃剂；表面改性

卤系阻燃剂虽然具有较好的有机聚合物材料阻燃性能，但材料一经燃烧产生大量的有毒气体，严重危害身体健康，加之北美西欧等国家已经取缔卤系阻燃剂的使用，发展新型有效的无卤阻燃剂成为研究的热点。新型无机阻燃剂氢氧化镁用于材料的阻燃不产生有毒物质，具有安全环保的特点，在高分子材料中应用广泛。本文对氢氧化镁阻燃剂的特点进行了论述，重点对其改性研究进行了阐述。

1 氢氧化镁阻燃剂特点

氢氧化镁是白色粉末状的六角形或无定性的片状结晶，其密度为2.39g/cm3，难溶于水，18℃时的溶解度为9*10-3g/L。Mg（OH）2的起始热分解温度比Al（OH）3要高，接近300℃。其最大分解峰温比Al（OH）3高约100℃，约400℃[1，2]。氢氧化镁阻燃性能来源于其特殊的热分解性能。氢氧化镁受热分解为氧化镁和水蒸气。总结其阻燃机理和特点如下[3，4]：

（1）氢氧化镁热分解产生的水蒸气可有效稀释氧气浓度，阻碍燃烧；

（2）氢氧化镁的热容大，热分解过程中可有效降低高分子基材所吸收的热能，使高分子基材的热分解有所延缓；

（3）氢氧化镁形成的表面炭化层可以延缓燃烧，并能够抑制分解气体的燃烧；

（4）氢氧化镁分解吸收大量的热量，降低被阻燃材料的温度，可有效延缓高聚物分解速度；

（5）氢氧化镁热分解产生的氧化镁本身就是优良的耐火材料，覆盖于高分子基材表面能够隔绝空气使燃烧受阻；

（6）氢氧化镁用作阻燃剂时添加量较大才能提高高聚物的难燃性。

虽然氢氧化镁因其独特的热分解特性赋予其阻燃和抑烟的特性，但氢氧化镁用于高分子基材的阻燃仍受到一定的限制。首先，氢氧化镁具有^高的表面能，未经改性的氢氧化镁易于团聚，分散性能差。其次，氢氧化镁具有很好的亲水性能，而多数聚合物基体材料则是疏水的，两者的相容性差，氢氧化镁过量使用时影响高分子基材的加工性能和力学性能。此外，高填充氢氧化镁导致无机阻燃剂与基体材料的界面处产生裂纹的“夹生”现象[5]。改善氢氧化镁与高分子基材的相容性并保证基材的加工性能和力学性能的有效途径是对氢氧化镁进行表面改性。具有片状特殊形貌的氢氧化镁填充高分子基材时，除具有阻燃抑烟作用外，还具有因特殊形貌与其他阻燃剂协同增强阻燃的效果。

2 氢氧化镁的表面改性

氢氧化镁作为新型无卤阻燃剂具有抗酸、阻滴、高效促基材成碳及无毒环保等特点，广泛应用于塑料、橡胶及树脂等领域[6]。但氢氧化镁的表面具有很强的极性，其晶体表面的正电荷使其具有较强的亲水性，与疏水性高分子基材相容性差。氢氧化镁阻燃剂必须经过改性才能在确保高分子基材力学性能的基础上具有一定的阻燃效果[7]。目前，表面改性是制备改性氢氧化镁的重要方法，包括表面化学改性和表面包覆改性。

2.1 氢氧化镁的表面化学改性

经过改性的氢氧化镁其表面特性可以由亲水性转变为疏水性，能够与疏水高分子基材很好地相容。采用表面活性剂或偶联剂对氢氧化镁改性，可通过表面改性剂或偶联剂与氢氧化镁表面的化学反应或化学吸附改变其表面性能，使其有更加疏水并增加与高分子基材的相容性，改善材料的阻燃性能和力学性能[8]。

袁源[9]等以N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷为偶联剂对超细Mg（OH）b进行了表面改性，改性后的氢氧化镁由于其表面的硅氧烷结构使其亲水性降低分散性能提高。尹燕[10]等开展了采用硅烷偶联剂（A-1100）和钛酸酯（TC-101）的复合型表面活性剂对氢氧化镁晶须进行改性的研究。通过活性指数、比表面积、抑烟效果等测定，经过改性的氢氧化镁的分散性能更好。此外，硅烷偶联剂和钛酸酯同时使用时具有协同增强氢氧化镁表面性能的特点，经复合改性剂改性后氢氧化镁的活性指数和抑烟效果更加突出，该研究为复合表面活性剂改性氢氧化镁的研究提供了参考。贾静娴[11]研究了硬脂酸锌对氢氧化镁阻燃剂的改性效果。改性氢氧化镁与液体石蜡的相容性较好，能够在液体石蜡中较好地分散，这是源于经硬脂酸锌改性的氢氧化镁其亲水性表面变为疏水性表面。白俊红[12]以聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和对乙酰氨基酚为表面改性剂，采用直接沉淀法和超重力法制备阻燃级氢氧化镁。所制备的氢氧化镁具有纯度高、分散性好、粒径小且分布均匀、阻燃性能好的特点。经过对比实验研究，采用聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚和对乙酰氨基酚添加量分别为3.0%、5.0%和2.0%时，所制备的氢氧化镁的自然沉降速率最大，滤饼比阻最小，分散性能最好。氢氧化镁的表面化学改性研究应选择合适的表面改性剂，并优化改性条件以获得性能最优的氢氧化镁阻燃剂。

2.2 氢氧化镁的表面包覆改性

表面包覆改性不同于表面化学改性，采用表面包覆方法改性氢氧化镁时包覆剂与氢氧化镁表面不发生化学反应，改性作用来源于包覆剂物理包覆在氢氧化镁的表面降低了氢氧化镁的表面极性。表面活性剂可以用于包覆改性的包覆剂，此外，超分散剂和无机物等也可以用作包覆剂。杨旭宇[13]等开展了Mg（OH）2粉体的表面包覆改性研究，并证实，采用4%的超分散剂CTBN改性的氢氧化镁性能最优。

将氢氧化镁采用高分子化合物包覆制备微胶囊阻燃剂也是一种有效的改性方法。聚合物接枝使氢氧化镁表面由亲水转变为疏水，避免氢氧化镁颗粒间的团聚。此外，接枝上的高聚物与基体材料具有较好的物理相容性，提高了氢氧化镁的分散性能也提高了高聚物材料的加工性能。李又兵[14]等将密胺树脂包覆在氢氧化镁表面得到的微胶囊化氢氧化镁填充于硅橡胶时其阻燃性能明显提高。张永兆[15]等将氢氧化镁乳液中加入甲基丙烯酸甲酯单体和引发剂，通过氢氧化镁表面原位聚合形成了聚甲基丙烯酸甲酯包覆层。粉体的吸油值随着包覆量的增加而减小，接触角也明显变大，复合材料的氧指数有所下降。氢氧化镁的表面包覆改性不仅可以提高氢氧化镁的分散性能，也能够增加氢氧化镁阻燃剂与聚合物材料的相容性，在提高阻燃性能的基础上保障了聚合物材料的力学性能。

3 结束语

氢氧化镁是一种无卤无机阻燃剂，因其特殊的阻燃抑烟作用本受关注。将氢氧化镁直接用于高分子基材的阻燃存在无机阻燃剂与有机高分子材料不相容的缺点，通过对氢氧化镁进行表面改性可显著提高两者的相容性。常用的改性方法是表面化学改性和表面包覆改性。深入探讨改性工艺条件和改性机理将推动氢氧化镁阻燃剂的发展。

参考文献

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[13]杨旭宇，姜宏伟.超分散剂改性氢氧化镁及其在聚烯烃中的应用[J].塑料，2007，36（6）：12-16.

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[15]张永兆，陈军.氢氧化镁表面有机化及在阻燃PVC中的应用[J].塑料工业，2010，38（z1）：132-135，150.

*通讯作者：赵丽（1983-），女，讲师，博士，研究方向为高分子材料。