氫氧化鎂（MH）在阻燃劑應(yīng)用方面具有綠色環(huán)保、成本較低等優(yōu)勢(shì)。但阻燃效率較低，往往為了達(dá)到理想的阻燃效果，MH的添加量較大，從而影響復(fù)合材料的機(jī)械性能。另外，MH受熱分解產(chǎn)生的MgO具有一定的抑煙作用，但是MgO之間的粘接性較差，燃燒后所形成的保護(hù)層較薄，堅(jiān)固性較差，所以常常需要添加增強(qiáng)炭層的阻燃協(xié)效劑與MH一起添加進(jìn)復(fù)合材料中，這樣也可一定程度上降低MH的用量。為改善MH與基體之間的相容性，需要會(huì)對(duì)MH進(jìn)行表面接枝或者包覆等改性處理來(lái)達(dá)到更好的阻燃效率。
1、改善機(jī)械性能
改善由于MH的添加量大造成的復(fù)合材料的機(jī)械性能下降，可以采取具有潤(rùn)滑作用的粒子與MH一起添加進(jìn)基體，或者對(duì)MH進(jìn)行表面改性處理。Liguo Shen等以MH和六苯氧環(huán)三磷腈（HPCTP）為阻燃劑，與EVA共混制備得到的EVA-MH-HPCTP復(fù)合材料，該復(fù)合材料的相容性由于HPCTP的橋聯(lián)作用得到顯著提高，且具有較好的加工性能。Lei Ye等將多壁碳納米管（MWNT）和MH應(yīng)用在EVA復(fù)合材料中，得到EVA/MH/MWNT復(fù)合材料。EVA/MH/MWNT復(fù)合材料中，用2wt%的MWNT代替MH，MWNT的放熱率和質(zhì)量損失率可顯著降低50-60%，燃燒時(shí)間可延長(zhǎng)近2倍，LOI值可提高5%。MWNTs的加入可使EVA復(fù)合材料在燃燒時(shí)增加熔體粘度使得炭層變硬，EVA/MH/MWNT納米復(fù)合材料中MWNT的機(jī)械強(qiáng)度和燒焦層的完整性提高了熱氧化穩(wěn)定性，MWNTs促進(jìn)了致密燒焦層的形成，起到隔熱的作用。
HidekoT. Oyama等用MH和聚（2,6-二甲基-1,4-苯醚）（PPE）對(duì)等規(guī)聚丙烯（iPP）進(jìn)行阻燃。十二烷酸對(duì)MH表面接枝處理，SEBS擔(dān)當(dāng)iPP和PPE的相容劑，二者不僅對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械性能具有協(xié)同提高的作用，在熱穩(wěn)定性能方面也具備此作用。J.Albite-Ortega等為了降低MH的用量，提高共混體系的力學(xué)與阻燃性能，首次將家禽羽毛中提取的角蛋白纖維（KF）與脫氧核糖核酸（DNA）結(jié)合在低密度聚乙烯-乙烯-醋酸乙烯（LDPE/EVA）共混體系中。機(jī)械性能測(cè)試表明，DNA加入后，復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率顯著提高，扭矩和粘度顯著降低，表明這些添加劑的組合可以改善機(jī)械性能，并方便復(fù)合材料加工。最重要的是，這些添加劑的組合使MH填料的總含量從55wt%降低到20wt%，達(dá)到阻燃要求，并提高了機(jī)械性能。Yaru Yang等合成了一種新型阻燃劑-碳微球包覆MH（Mg（OH）2＠CMSs）。所制備的復(fù)合材料（Mg（OH）2＠CMSs/PET）在僅添加1wt% Mg（0H）2＠CMSs時(shí)，LOI值為27.5%，達(dá)到UL-94V-0等級(jí)。這種改性手段大大降低了MH的添加量，減弱了MH對(duì)于復(fù)合材料力學(xué)性能的損害。
Weihua Meng等采用層層自組裝法合成了生物基MH＠植酸錫＠單寧酸鋅（MH＠PASn＠TAZn）復(fù)合材料。添加10份的MH＠PASn＠TAZn能有效提高聚氯乙烯（PVC）的阻燃性能和抑煙性能。LOI值提高到了30.3%，PVC/MH＠PASn＠TAZn復(fù)合材料的第二峰值放熱率、第二峰值煙釋放速率和總煙釋放量分別下降了40.8%、72.2%和35.2%。PASn的界面接觸面積增加和TAZn的界面相互作用增強(qiáng)顯著提高了PVC的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度。Sheng Zhang等在MH表面引入雙［3-（三乙氧基硅基）丙基四硫］，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40wt%改性后的MH（SMH）加入EVA中，LOI分別從純EVA的17.9%提高到23.3%，峰值熱釋放率降低至489kW/M2。用拉伸機(jī)對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。MH含量為40wt%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率下降了近7倍，從EVA的825%下降到124%，而SMH含量為40wt%時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率下降到74.5%。掃描電子顯微鏡的形貌觀察表明，SMH在EVA中的分散性明顯提高。Yunhua Lu等對(duì)氫氧化鎂粒子（MHP）和氫氧化鎂晶須（MHW）進(jìn)行表面接枝鈦酸聚醚偶聯(lián)劑（eTi4000），應(yīng)用在聚氯乙烯（PVC）中。使PVC復(fù)合材料彎曲模量和沖擊強(qiáng)度分別增加了217%和48.2%，總放熱量和總煙釋放量分別降低66.9%和88.1%。Weina Zhang等將硅烷偶聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）接枝在MH表面提高了MH與基體硅橡膠的相容性。但是一般的表面改性劑如長(zhǎng)鏈硅烷又會(huì)降低阻燃性，不能兩全，因此有些工作致力于有阻燃元素的表面改性劑的開發(fā)。Jichun Liu等以4,40-二苯甲烷二異氰酸酯和三聚氰胺為原料通過(guò)一步原位表面聚合合成了MH和RP共微膠囊（［MH＆RP］），并將其引入EVA中，結(jié)果表明核－殼結(jié)構(gòu)的共微膠囊具有較高的熱穩(wěn)定性和熱氧化穩(wěn)定性，在EVA中分散性更好。
2、提高抑煙性
Huan Zou等將納米SiO2和MoO3引入含有MH和RP的乙烯-醋酸乙烯/丁腈橡膠（EVA/NBR）共混物中，進(jìn)一步提高了橡膠的力學(xué)性能、耐油性能、抑煙性能和阻燃性能。結(jié)果表明，納米SiO2的加入一方面顯著提高了材料的抗拉強(qiáng)度和抗油性能。另一方面，對(duì)EVA/NBR共混樣品的抑煙實(shí)驗(yàn)表明，納米SiO2和MoO3的加入均能顯著降低煙氣釋放量。
天然水鎂石是一種獨(dú)特的礦物，儲(chǔ)量豐富，含有94%以上的MH，可直接用作阻燃劑（HFFR）。水鎂石同MH一樣可吸熱分解并釋放水來(lái)冷卻燃燒并稀釋可燃?xì)怏w的濃度，生成的活性MgO層具有隔熱和抑煙作用，抑制可燃揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)入氣相。但水鎂石的缺點(diǎn)是形狀不規(guī)則，顆粒分布廣，加載量大，這不利于聚合物復(fù)合材料的力學(xué)性能。Yiliang Wang等采用了海藻酸鎳（NiA）、海藻酸銅（CuA）、海藻酸鋅（ZnA）與3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）分別沉積在水鎂石表面用于阻燃EVA，發(fā)現(xiàn)NiA的催化石墨化是高效和可持續(xù)的，在研宄過(guò)程中首次提出了海藻酸鹽對(duì)EVA的催化石墨化和碳化機(jī)理，為生物基材料在聚合物中的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。同時(shí)，作者簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，利用水鎂石、硅烷偶聯(lián)劑APTES、氯化鎳、海藻酸鈉組合間的靜電相互作用、脫水縮合、氫鍵和配位鍵進(jìn)行自組裝，因鎳化合物的催化碳化使復(fù)合材料燃燒時(shí)形成更多的保護(hù)炭層從而進(jìn)一步提高材料的阻燃效率，降低EVA復(fù)合材料燃燒時(shí)的煙氣釋放量和提高EVA復(fù)合材料的機(jī)械性能。Hongchang Pang等采用納米工程方法合成以水鎂石為芯和薄SiO2為殼層的一種阻燃劑。將合成的CFR作為EVA復(fù)合材料的填充材料，抗拉強(qiáng)度（TS）至少提高了25%。在此基礎(chǔ)上，作者提出了CFR顆粒力學(xué)性能和阻燃性能增強(qiáng)的機(jī)理，其主要原因是水鎂石芯與SiO2殼層的結(jié)構(gòu)協(xié)同作用。
Xuesong Wang等以水鎂石為核心，以十二胺聚磷酸酯為外殼，采用納米工程方法合成了一種新型的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化阻燃劑。比較了EVA共混體系中芯殼型阻燃劑（CFR）與水鎂石與十二胺聚磷酸酯、CFR配比的EVA/物理混合物（PM）和EVA/水鎂石共混體系的阻燃性能和協(xié)同阻燃機(jī)理。在相同填充量（40wt%）的情況下，EVA/CFR共混體系的峰值放熱率和產(chǎn)煙率均顯著降低，分別為EVA/PM共混體系的49%和48%。同時(shí)，LOI提高到32%（比EVA/PM混合物高14.3%），UL-94測(cè)試可達(dá)到V-0等級(jí)。這些優(yōu)異的性能是通過(guò)對(duì)水鎂石＠聚磷酸鹽＠胺類核/殼結(jié)構(gòu)的雜化體系進(jìn)行納米工程獲得的，有利于在聚合物復(fù)合材料燃燒過(guò)程中形成完整而致密的柵欄結(jié)構(gòu)殘?zhí)俊inyao Lv等以腈-三甲基三膦酸和三聚氰胺修飾的MH納米片為原料，制備了一種新型的多功能有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化火焰劑（AM-MEL）。然后，通過(guò)共價(jià)加入AM-MEL納米粒子制備了本征阻燃環(huán)氧樹脂（EP）。同時(shí)，將APP加入EP中，與AM-MEL形成膨脹型阻燃體系。與純EP相比，含有5wt%的AM-MEL和15wt%的APP，EP/AM-MEL/APP達(dá)到一個(gè)極限氧指數(shù)32.0%，樣條燃燒時(shí)沒(méi)有熔滴滴落，PHRR下降了88.0%，THR下降了70.0%，總煙生產(chǎn)量下降了81.5%，CO產(chǎn)率峰值下降了87.3%。
資料來(lái)源：《劉慧慧. 氫氧化鎂的表面改性及其在乙烯醋酸乙烯酯中的阻燃應(yīng)用[D].北京化工大學(xué),2021》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
|
