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氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展作者：刘家伟王容李盈颖郑冉宋健健赵丽来源：《科技创新与应用》2017年第15期摘要：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，氢氧化镁具有较高的表面能，未经改性的氢氧化镁易于团聚，分散性能差。
硬脂酸湿法表面改性氢氧化镁阻燃剂的研究
泽辉化工研究了硬脂酸(SA)湿法表面改性普通氢氧化镁的工艺过程,其改性效果由活化指数H进行表征。
研究了不同反应温度、搅拌转速、反应时间对活化指数的影响,同时,利用FT-IR,SEM,TG对硬脂酸表面改性的氢氧化镁进行表征。
结果表明:当反应温度为85~90℃、搅拌转速为400 r/min、反应时间3 h、硬脂酸用量为2%(占氢氧化镁干粉的质量分数)时,其活化指数达到96%;普通氢氧化镁由亲水性完全转变成亲油性;改性后的氢氧化镁分散性更好,热分解温度更高。
FT-IR,TG分析表明:硬脂酸分子在氢氧化镁粉体表面发生吸附键合,形成了新的化学键。
氢氧化镁阻燃剂姓名：单显朋学号：20130591 班级：材料1305班【摘要】：随着高分子材料日新月异飞速发展，高分子复合材料应用在人类生活的每一个领域，高分子材料的阻燃技术发挥着越来越重要的作用，市场发展的需要,对氢氧化镁的阻燃剂的研发方向也有着改变，更加注重对氢氧化镁的阻燃剂新的性能的研究,励志开发出更加高效的阻燃剂适应市场的进一步的发展。
无论从合成资源还是从天然资源制得的氢氧化镁，用于阻燃剂量与日俱增，利用我国丰富的镁资源，依托技术创新开发高附加值的阻燃性氢氧化镁，是镁盐行业面临地一个共同课题。
氢氧化镁是阻燃性能好的高效无卤阻燃剂，火灾后不会产生二次污染，都具有抑烟性强、无毒、无腐蚀、不挥发、不析出、安全等特点，已经被公认是环保型阻燃剂，正因为氢氧化镁的安全、环保特性，在塑料、电缆、橡胶等行业得到广泛的应用。
我国拥有丰富的含镁矿物、富镁废弃物资源，因此氢氧化镁阻燃填料的前景是十分广阔的。
本文简单介绍了阻燃剂的分类，氢氧化镁阻燃机理。
重点介绍了氢氧化镁阻燃剂的作用、研究现状和发展方向。
并指出氢氧化镁阻燃剂是一种新型的，环境友好型的无机阻燃剂。
【关键词】：氢氧化镁阻燃剂环保发展方向【前言】：随随着高分子材料的发展，高分子材料的易燃性日益受到了人们的重视，对阻燃剂的需求量也随之增加。
然而，随着人们对环境等因素提出了更加严格的要求，阻燃的无卤化、高效性、抑烟性、无毒成为未来的发展趋势。
1.阻燃剂的分类阻燃剂按化学成份可以分为有机阻燃剂和无机阻燃两大类。
有机阻燃剂又分为磷系和卤系两个系列。
由于有机阻燃剂存在着分解产物毒性大、烟雾大等缺点，正逐步被无机阻燃剂所替代。
无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锡、氧化钼、钼酸铵、硼酸锌等，其中以氢氧化铝和氢氧化镁因分解吸热量大，并产生H2O可起到隔绝空气作用，其分解后氧化物又是耐高温物质，故二种阻燃剂不仅可起到阻燃作用，而且可以起到填充作用，它所具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、不滴等特点。
硅烷偶联剂改性氢氧化镁阻燃剂硅烷偶联剂改性氢氧化镁阻燃剂氢氧化镁阻燃剂具有抑烟、绿⾊和环保等优势，但是由于其较低的阻燃效率，应⽤在⾼分⼦基材中往往需要较⼤的填充量，⼜因为氢氧化镁作为⽆机粉体具有亲⽔疏油，极性⼤的特点，不利于⽆机/有机材料的界⾯复合，较⾼的填充量会导致添加有氢氧化镁的⾼分⼦复合材料⼒学性能⼤幅下降。
为了改善氢氧化镁与⾼分⼦基材之间⽆机/有机界⾯相容性的问题，本章选⽤3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（A-174）对氢氧化镁进⾏⼲法改性，该种硅烷偶联剂可以与醋酸⼄烯、丙烯酸或甲基丙烯酸单体共聚，常⽤于电线电缆⾏业，在提⾼复合材料界⾯相容性的同时，还可以改善电缆料防静电性能[47-48]。
本章对影响⼲法⼯艺改性氢氧化镁效果的因素，既改性剂⽤量、改性温度、改性时间和搅拌速度进⾏了研究。
采⽤单因素实验⽅法，通过对改性粉体活化指数的测定，确定了硅烷偶联剂A-174改性氢氧化镁效果的最佳⼯艺条件，并通过SEM、热重分析和红外光谱等表征⼿段探讨了硅烷偶联剂A-174改性氢氧化镁的改性机理及改性效果。
1.1 实验1.1.1 试剂及仪器Magnifin H-5型氢氧化镁（美国雅宝公司）3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（湖北武⼤有机硅新材料有限公司）邻苯⼆甲酸⼆⾟酯DOP（国药集团化学试剂有限公司）DHG-9140A型电热恒温⿎风⼲燥箱（上海⼀恒科技有限公司）FA2004型电⼦天平（上海上天精密仪器有限公司）Y100L2-4⾼速搅拌机（张家港锦丰万科机械⼚）DJ-1定时电动搅拌器（⾦坛市⼤地⾃动化仪器⼚）JSM-5610LV/INCA扫描电⼦显微镜（⽇本电⼦株式会社）STA449F3同步热分析仪（德国耐驰）Nexus傅⽴叶变换红外光谱仪（美国热电-尼⾼⼒公司）1.1.2 改性⽅法⾸先，将氢氧化镁粉体放⼊⼲燥箱中，在120℃下⼲燥5⼩时以排除原料中吸附的⽔分，将⼲燥后的氢氧化镁冷却⾄室温备⽤。
称取1kg已⼲燥的氢氧化镁粉末加⾄⾼速搅拌机中，在1000rpm的搅拌速度下预热⾄实验设计温度，当温度升⾄指定温度时，提⾼⾼速搅拌机搅拌速度⾄某设定值，并使⽤医⽤注射器向粉体中加⼊⼀定量硅烷偶联剂A-174。
氢氧化镁阻燃剂的表面改性进展
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。
标签：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，降低被阻燃材料的溫度，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，氢氧化镁具有較高的表面能，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機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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*通讯作者：赵丽（1983-），女，讲师，博士，研究方向为高分子材料。
