劉家偉++王容++李盈穎++鄭冉++宋健健++趙麗

摘 要：介紹了氫氧化鎂阻燃劑的特點(diǎn)和阻燃機(jī)理，重點(diǎn)闡述了氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，并討論了其存在問題和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：氫氧化鎂；阻燃劑；制備

非鹵化無機(jī)阻燃劑近年來成為研究的熱點(diǎn)。非鹵化無機(jī)阻燃劑應(yīng)用于高分子材料的阻燃，可減少高分子材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的有毒物質(zhì)及污染物的產(chǎn)生量，保護(hù)環(huán)境，減少火災(zāi)損失。非鹵化無機(jī)阻燃劑氫氧化鎂是無機(jī)阻燃劑的新起之秀，引起廣大研究者的興趣。本文介紹氫氧化鎂阻燃劑的特點(diǎn)和阻燃機(jī)理，重點(diǎn)介紹納米氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，并對其研究方向進(jìn)行展望。

1 氫氧化鎂阻燃劑的特點(diǎn)和阻燃機(jī)理

氫氧化鎂作為新型的無鹵阻燃劑來源于其高溫下的熱分解反應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到340℃時(shí)，氫氧化鎂開始分解，其分解方程式如下：

氫氧化鎂熱分解過程中生成氧化鎂和水，完全分解時(shí)溫度高達(dá)490℃。氫氧化鎂熱分解所產(chǎn)生的水蒸氣能夠吸收大量的熱量，降低材料的表面溫度，減少可燃小分子物質(zhì)的產(chǎn)生，同時(shí)也稀釋了高分子材料表面的氧氣，使燃燒難以進(jìn)行；此外，氫氧化鎂與可燃物反應(yīng)產(chǎn)生的碳化層可有效隔絕氧氣阻礙可燃物的熱分解；熱分解產(chǎn)生耐火材料氧化鎂能夠覆蓋聚合物的表面，有效阻止燃燒。同時(shí)，氫氧化鎂還具有吸煙的作用。

氫氧化鎂作為阻燃劑在高分子材料燃燒過程中不產(chǎn)生有害物質(zhì)，且能夠中和酸性氣體，避免二次污染，綠色環(huán)保。但氫氧化鎂表面具有較強(qiáng)的親水性，與疏水性的聚合物分子親和力較差。此外，氫氧化鎂用作阻燃劑時(shí)只有其填充量>40%才具有較好的阻燃效果，但高填充量降低了高分子聚合物材料的機(jī)械性能和加工性能。采用特殊的方法制備分散性能好的氫氧化鎂阻燃劑成為研究的重點(diǎn)。

2 氫氧化鎂的制備

氫氧化鎂的制備方法有多種，根據(jù)物態(tài)的不同，可分為固相法、氣相法、液相法。液相法主要有沉淀法和水熱反應(yīng)法，沉淀法依據(jù)沉淀劑的種類不同細(xì)分為石灰法、氨法和氫氧化鈉法，根據(jù)沉淀實(shí)施的具體方式不同又可分為直接沉淀法、均相沉淀法、溶液沉淀法和沉淀-共沸法以及反向沉淀法。沉淀法是將沉淀劑與Mg2+反應(yīng)得到氫氧化鎂的方法，也是最常用的氫氧化鎂制備方法。水熱法是以水為溶劑，在一定溫度和壓力下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備氫氧化鎂的方法。水熱處理氫氧化鎂時(shí)需特殊的高壓反應(yīng)器，成本相對較高。

石灰法制備氫氧化鎂的反應(yīng)式如下所示：

該方法是以石灰乳或鍛燒過的白云石為原料，將其與可溶性鎂鹽反應(yīng)得到氫氧化鎂。盧伯南[7]等采用石灰乳法制備了阻燃型氫氧化鎂，并對其分別采用磷酸三苯酯、雙咪唑啉、雙子磺酸進(jìn)行改性。石灰乳法制備氫氧化鎂的最佳工藝如圖1所示。

經(jīng)改性劑改性后的氫氧化鎂的活化指數(shù)均有所提高，但經(jīng)雙子磺酸鈉改性的氫氧化鎂的活化指數(shù)最高。此外，劉鵬[8]也開展了鹵水-石灰法制備氫氧化鎂的實(shí)驗(yàn)研究，詳細(xì)探討了氫氧化鎂制備工藝條件，并最終獲得最佳的工藝參數(shù)（圖2），為石灰法制備氫氧化鎂提供了技術(shù)參考。

李雪[9]等以輕燒粉和氨氣為原料制備了氫氧化鎂阻燃劑。氫氧化鎂阻燃劑的粒徑和形貌均與反應(yīng)溫度有關(guān)，當(dāng)反應(yīng)溫度為50℃時(shí)產(chǎn)品粒徑較小，但形貌欠佳，而當(dāng)反應(yīng)溫度為90℃時(shí)，產(chǎn)品形貌有所改善，但粒徑有所增大。除反應(yīng)溫度外，通氨速率也會影響產(chǎn)品性能，隨著通氨速率的增大，氫氧化鎂的各項(xiàng)性能均有所改善，但通氨速率過大時(shí)其分散性能和粒徑有所下降。于文強(qiáng)[10]等以氫氧化鈉為沉淀劑，以六水合氯化鎂為原料制備了氫氧化鎂。制備過程中采用十二烷基硫酸鈉和乙醇為分散劑以改善其性能。電子掃描顯微鏡證實(shí)所制備的氫氧化鎂顆粒大小均勻，并具有較好的分散性能。同樣采用氫氧化鈉沉淀劑，吳健松[11]等以徐聞苦鹵為原料制備了具有較好純度和粒度的氫氧化鎂阻燃劑。采用苦鹵中鎂資源制備氫氧化鎂，不僅可以獲得阻燃材料市場所需要的阻燃劑也可以很好地保護(hù)環(huán)境。申紅艷等[12]同樣以六水氯化鎂和氫氧化鈉為原料，研究了不同沉淀方法對氫氧化鎂的性能影響。經(jīng)過詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同的沉淀方式所得到的氫氧化鎂的沉降速度有較大區(qū)別，其順序?yàn)椋撼亓Τ恋矸?gt;雙向沉淀法>正向沉淀法>反向沉淀法。此外，超重力沉淀法制備的氫氧化鎂性能最優(yōu)，樣品相貌為六方片狀，粒徑在30～50nm范圍，較小的粒徑可以使氫氧化鎂更好地與高分子基材相容，在保障基材材料力學(xué)和加工性能的基礎(chǔ)上提高其阻燃性能。

趙卓雅[13]等采用水熱處理氫氧化鎂以改善其性能，將氫氧化鎂料漿于200℃條件下水熱處理后，其相貌由不規(guī)則的團(tuán)聚片狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱瞧瑺?，且分散性能大大提高。此外，水熱處理后的氫氧化鎂的表面能降低，團(tuán)聚現(xiàn)象有所改善。李金平[14]等也開展了水熱處理工業(yè)氫氧化鎂的研究，經(jīng)水熱提純后樣品為棒狀或片狀形貌。氫氧化鎂的純度在180℃時(shí)最大，反應(yīng)時(shí)間也對其純度有影響，在反應(yīng)時(shí)間在4h時(shí)純度最佳。單一改變?yōu)V液的使用次數(shù)，氫氧化鎂的純度也有所不同，濾液的使用次數(shù)為3次時(shí)其純度可高達(dá)91%。張兆震[15]等在水熱法的基礎(chǔ)上，通過加入晶種來改善氫氧化鎂的性能。經(jīng)過兩步合成法制備的氫氧化鎂具有類似立方狀形貌，較之未加晶種制備的氫氧化鎂具有更好的分散性能。此外，晶種的加入可以促使氫氧化鎂晶體的生長，使其過濾時(shí)間大大縮短，有效縮短氫氧化鎂制備周期。

沉淀法是制備氫氧化鎂阻燃劑的最常用方法，該方法制備氫氧化鎂不僅原料來源廣泛、成本低廉，更重要的是沉淀法制備氫氧化鎂的工藝較簡單，可以重復(fù)大量地制備產(chǎn)品。水熱法制備阻燃型氫氧化鎂可以得到尺寸更小的納米級產(chǎn)品，且經(jīng)水熱處理后氫氧化鎂具有更優(yōu)良的熱分解性能，但水熱法制備氫氧化鎂需要特殊工藝條件，所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格較貴，適用于實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

無鹵阻燃劑氫氧化鎂具有較好的阻燃性能，用于高分子基材的阻燃還具有填充的功能，近年來引起廣大研究者的關(guān)注。氫氧化鎂阻燃劑的制備方法主要有沉淀法和水熱法，沉淀法是最為常用的方法，制備工藝簡單，易于控制制備參數(shù)，但仍需改進(jìn)生產(chǎn)工藝以獲得綜合性能最優(yōu)的氫氧化鎂。水熱法是適用于實(shí)驗(yàn)室小型生產(chǎn)氫氧化鎂的方法，雖然水熱處理過程的條件苛刻且生產(chǎn)成本相對提高，但可以獲得特殊形貌的納米氫氧化鎂。

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作者簡介：趙麗（1983-），女，副教授，博士，研究方向?yàn)楦叻肿硬牧稀?