氢氧化镁阻燃材料

随着经济的不断发展进步，高聚物材料的应用越来越广泛。近年来，高聚物引发的火灾事故引起了社会各界的高度重视，阻燃型高聚物的研发成为热点。目前，市场上使用的有机类阻燃剂有发烟量大、烟气有毒等危害受到了欧洲、美国、日本及我国的法律限制，因此，无机类阻燃剂获得了极大的关注。氢氧化镁阻燃剂分解温度高（340 ℃~450 ℃），热分解产物为MgO 和H2O，不释放任何有毒有害物质，对环境和人类健康没有任何危害，因此，氢氧化镁阻燃剂是目前最受关注的无机类阻燃剂之一，具有广阔的应用前景。
目前，市场上生产的氢氧化镁阻燃剂基本上都是微米级（d>5 μm），粒径分布宽，在应用中需大量填充；另外制备的氢氧化镁产品易团聚、疏水性强、与高分子聚合物不兼容。实际应用中氢氧化镁对高分子聚合物材料的力学性能造成了严重的损害，极大地限制了氢氧化镁阻燃剂的应用，通过一定的物理化学方法获得表面极性低、亲水性强、粒径小且分布窄、能够较好的与高分子聚合物兼容的氢氧化镁阻燃剂成为了当前科技工作者研究的热点。
一方面，使用有机官能团对氢氧化镁表面改性能够降低氢氧化镁表面的极性，提高其与高分子聚合物的兼容性；微纳米级的超细氢氧化镁填充量低，使用其制备的复合材料性能良好。另一方面，同样质量微纳米级的氢氧化镁阻燃性能比微米级氢氧化镁高几倍，且对聚合物高分子材料性能影响也较低。极性低的微纳米级氢氧化镁能够在高分子聚合物材料中均匀分散，使得整个材料的阻燃性能、力学性能保持一致。因此，针对氢氧化镁阻燃剂的表面改性和超细化能够解决氢氧化镁阻燃剂应用中存在的缺点。
国内外科技工作者针对氢氧化镁的改性主要进行了以下三个方面的工作: （1）有机化合物对氢氧化镁的表面改性研究，实现对氢氧化镁表面极性的降低，降低氢氧化镁的疏水性，解决其与高分子聚合物不兼容的问题；（2）超细化氢氧化镁改性制备的研究，解决氢氧化镁易团聚、分散性差、填充量大的缺点；（3）添加剂对超细化氢氧化镁形成作用机理的分析研究。
氢氧化镁阻燃材料应用要求
作为阻燃剂的氢氧化镁有以下几方面的要求:
（1）必须具有极高的纯度（Mg(OH)2>93%），纯度高的氢氧化镁不仅阻燃性能高，而且可以减少其在材料中的添加量；
（2）粒度小，用微纳米级氢氧化镁制备的复合材料在各方面的性能（包括阻燃效果，消烟和力学性能等）都远远优于微米级的氢氧化镁；
（3）表面极性低，氢氧化镁表面极性降低时，团聚程度就会降低，分散性和相容性增加，作为阻燃材料添加到聚合物中才能与聚合物具有较好的相容性，降低对材料力学性能的影响。
氢氧化镁阻燃材料改性原因
目前，市场上生产的氢氧化镁粒径比较大，有些产品粒径高达几十微米，直接作为阻燃剂进行添加，分散性差，对材料的力学性能影响极大。工业上通常使用物理方法进行研磨，使其粒径降低到几微米，采用物理方法制备的氢氧化镁表面极性高，易于团聚，作为阻燃材料与聚合物基体不兼容，不仅降低了其阻燃性能，且对材料的力学性能造成了严重损害。无机阻燃剂与有机阻燃剂相比填充量较大，从而导致无机阻燃剂的效率降低。在实际应用中为了实现氢氧化镁阻燃剂更好的阻燃效果，必须在聚合物基体中大量的使用，氢氧化镁的大量添加又会降低复合材料的力学性能。通过将工业级氢氧化镁制备为微纳米级且微观结构排列有序的氢氧化镁能够大幅度降低其在聚合物基体中的添加量，微纳米级的氢氧化镁材料表面暴露的阴阳离子空位较多，极性强，表面自由能高，易于团聚，分散性差，作为阻燃材料很难与聚合物基体很好的相容。利用特定化合物的功能性可以使材料表面“自由”位点或区域具有不同的结构，同时，这些区域就是作为修饰分子和金属原子的附着点，这点在材料领域应用的范围比较广。通过使用特定化合物对氢氧化镁的表面进行改性，能够解决其表面自由能高、极性强、易于团聚的缺点，改性后的氢氧化镁与聚合物基体具有极好的兼容性，因此，关于氢氧化镁的表面改性和超细化的制备工作得到了国内外科技工作者广泛的关注。
氢氧化镁作为高分子聚合物的阻燃剂，最重要的是要与高分子聚合物良好兼容，实现均匀分散，最终达到阻燃的目的。使用特定化合物对氢氧化镁表面改性可以降低氢氧化镁的表面极性，使其表面具有疏水性，改善氢氧化镁与聚合物的相容性。氢氧化镁表面化学改性是利用化学法将有机分子中的官能团或无机凝胶分子在氢氧化镁粉体表面进行选择性吸附或特定吸附或发生化学反应，从而对颗粒表面进行包覆，使颗粒表面有机化或改变极性，最终实现表面改性。常用的表面改性剂主要有偶联剂硅烷偶联剂和钛酸酯、铝酸酯偶联剂和高级脂肪酸及其衍生物等。氢氧化镁的改性还可达到其他的功能，例如改变氢氧化镁的颗粒形貌，扩大其应用范围。