无机阻燃剂氢氧化镁的应用与发展

无机阻燃剂氢氧化镁的应用与发展

摘要：

近年来氢氧化镁阻燃剂越来越受到人们的关注。本文综述了氢氧化镁的阻燃消烟机理, 并对氢氧化镁阻燃剂制备及改进的方法进行了阐述，进而对氢氧化镁阻燃剂的发展趋势及应用前景作出了展望。

关键词：阻燃机理 制备方法 改进 现状 前景

前言

在当代社会, 塑料被大量地应用于社会生活的各个领域, 但大多数塑料材料容易燃烧, 因而, 这些不具备阻燃性能的塑料一旦燃烧起来,就会引发连续燃烧, 那样往往就会引起火灾。与此同时，由于这些有机聚合物的可燃性而引起的火灾造成的人员伤亡和经济损失己成为全球关的社问题[1]。 为此, 目前在塑料中使用了具有阻燃性能的树脂或添加阻燃剂[2]。在实际使用中配合了阻燃剂的塑料材料在燃烧时, 产生的有害气体和烟尘大大地影响了人们逃离、救助、灭火等措施。从以往发生火灾的教训来看, 在全力开发阻燃剂的同时, 以低毒性、低发烟性为目标的无机类阻燃剂氢氧化镁颇为引人注目[3]。

氢氧化镁 [Mg( OH )2, 简称[ MH ]属于添加型无机阻燃剂, 与同类无机阻燃剂相比, 除使高分子材料获得优良的阻燃效果之外, 还能够抑制烟雾和卤化氢等毒性气体的生成, 即氢氧化镁具有阻燃、消烟和填充三重功能[4], 同时赋予材料无毒性, 无腐蚀性等特点[5]。氢氧化镁阻燃剂可广泛地应用于聚丙烯、聚乙稀、聚氯乙烯和 ABS等塑料行业。 1、氢氧化镁的阻燃及消烟机理 1.1氢氧化镁的阻燃机理

氢氧化镁在受热时（340-490度）发生分解吸收燃烧物表面热量到阻燃作用；同时释放出大量水分稀释燃物表面的氧气，分解生成的活性氧化镁附着于可燃物表面又进一步阻止了燃烧的进行。 1.2氢氧化镁的消烟机理

氢氧化镁在整个阻燃过程中不但没有任何有害物质产生，而且其分解的产物在阻燃的同时还能够大量吸收橡胶、塑料等高分子燃烧所产生的有害气体和烟

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雾，活性氧化镁不断吸收未完全燃烧的熔化残留物，从使燃烧很快停止的同时消除烟雾、阻止熔滴，是一种新兴的环保型无机阻燃剂 2、氢氧化镁阻燃剂的制备方法 2.1氢氧化钙法

以卤水或其他可溶性镁盐为原料，使之与石灰乳反应，生成氢氧化镁沉淀，反应方程如下：MgC12+Ca(OH)2→CaC12+Mg(OH)2↓该方法的优点是：氢氧化钙廉价易得，有较高的工业应用价值，产品粒度小(通常低于 0.5μm)。其缺点是：要求原料含镁浓度低，同时原料中不能含有硫酸盐(将形成石膏一同析出)，生成的Mg(OH)2聚附倾向大，容易生成胶体，极难过滤，另外还易吸附硅、钙、铁、硼等杂质离子，产品纯度低。而要达到较高的纯度，就必须增加成本。因此，该方法只适于对纯度要求不太高的行业使用，如烟道气脱硫、废水中和等 3、纳米氢氧化镁制备方法的改进

3.1宋锡瑾等人[6]采用氯化镁为原料, 以氢氧化钠和氨水作为混合沉淀剂, 通过反向沉淀和低温乙醇溶液强化成核反应的方法来制备纳米级氢氧化镁, 并通过 XRD, 透射电镜和热分析等手段对氢氧化镁进行了表征. 3.2 水热法

赵 伟等人[7]以精制(MgCl2#6H2O) 为原料, 在常温下与NaOH 反应, 得到胶状沉淀, 继而进行水热晶化处理, 通过控制反应温度、NaOH 的浓度以及反应时间等关键反应条件, 制备过滤性能和结晶性能良好的Mg( OH) 2 结晶. 3.3晶种法

张兆震等人[8]采用加入晶种两步合成法制备氢氧化镁，得到的氢氧化镁粉体宽厚比接近 1，形貌类似立方状，丰富了氢氧化镁的制备工艺，扩大了氢氧化镁阻燃剂在工业上的应用。 3.4常温固相法

宋兴富等[9]以自制的六铵氯化镁为原料, 采用常温固相法制备出了杂质含量低于 0. 3%, 平均粒径为 158 nm 的超细氢氧化镁。优化制备工艺条件为:M gCl26NH3和 MgCl26H2O 摩尔比为 1 1, 球磨机转速 350 r/m in, 磨矿时间 15 m in,球料比 5 1、充填率 52%。 4、国内外氢氧化镁阻燃剂的研发和使用现状

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4.1国外现状

在国外所消耗的无机矿物型阻燃剂中, 氢氧化铝居首位, 氢氧化镁居第二。但由于氢氧化镁分解温度比氢氧化铝高出110~ 140 , 因此更适合高温热塑性塑料加工[10]。

美国是目前世界上氢氧化镁产量最大、品种最多的国家, 用于不同用途的氢氧化镁达 14 种, 作阻燃剂 用 的有 10 个 品 种。1996 年美 国 产 量 为39. 5 万 t , 1997 年产量为 30. 7 万 t , 由 6 家主要公司的9 个厂家生产。其中作为阻燃剂用的氢氧化镁用量为 1. 5 万~ 2. 0 万 t。近几年来, 氢氧化镁阻燃剂的年增加率为 8%, 目前仍维持这一水平, 到2005 年年增长率可能会达到 10% ~ 20% 。如果卤素类阻燃剂受到, 其增长率将会更高。

日本氢氧化镁的生产和应用至少有 20 多年的历史, 其在 1996 年的生产能力 46 万 t, 其中阻燃剂级氢氧化镁不少于 1. 4 万 t。据不完全统计, 目前日本氢氧化镁生产能力达到 50 万 t, 其中用于阻燃剂氢氧化镁超过 2. 4 万 t。其大部分生产厂家均从海水、卤水制取, 是典型的盐化工生产路线。同时, 一些公司也把注意力放在水镁石的综合利用上。 4.2中国现状

中国生产氢氧化镁资源种类和来源具有相当优势[11]。从 20 世纪 80年代后期开始进行氢氧化镁开发研究, 但生产厂家只有 5~ 7 家, 最大规模为1 000 t / a, 1998 年不同规格氢氧化镁生产能力估计为1. 0 万~ 1. 2 万 t/ a。同时, 生产的氢氧化镁绝大部分为质次低价的产品, 纯度低于 96%, 且粒度分布很宽, 致使产品的应用面受, 生产高纯度微细产品的厂家报道不多。到 1999 年, 氢氧化镁阻燃剂生产能力为 1. 3 万 t, 分别由山东胶州古河镁盐厂、山东海化集团、上海振泰化工厂、连云港碱厂和河北武邑化工厂生产, 其主要生产技术为合成法, 但能作为阻燃剂的产品很少。 。

5、发展前景

随着高分子聚合物材料的应用愈来愈广泛, 对阻燃材料的阻燃性能提出了更高的要求。无机阻燃级氢氧化镁由于具有多重阻燃作用、低烟和无毒等特点, 逐渐受到了人们的重视。

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近年来有关氢氧化镁的研究、合作开发、生产活动十分活跃, 发达国家纷纷投入巨资进行研究开发, 国际合作频频开展。特别是阻燃剂级氢氧化镁, 除通用品种外, 各种专用、复配新产品层出不穷, 应用领域不断开拓, 其已广泛应用于各种塑料制品, 尤其是电线电缆用高性能阻燃剂级氢氧化镁, 更是倍受欢迎。有文献报导纤维状Mg(0 H )2不但可以阻燃而且有一定增强效果[12]。寥明义等人还报导了用镁盐晶须增强聚丙烯的研究[13]。

我国近年来合成高分子材料发展极为迅速, 而聚合物材料容易燃烧, 燃烧中伴随产生大量烟雾并有刺激毒害气体产生。这些腐蚀性气体和浓烟不仅危及到生命安全, 而且还严重腐蚀设备和建筑物, 同时给消防工作造成困难[14]。氢氧化镁具有提高阻燃作用和消烟能力, 且无一次性公害污染、无毒害、无腐蚀、价格低廉, 在全部阻燃剂中占有重要的地位。按发达国家经验估计, 世界上每年对氢氧化镁的需求量以 10% ~ 12% 的速度增加, 对氢氧化镁阻燃剂的用量以每年 15%的速度增加[15]。

因此随着我国环保及阻燃法规的不断健全和完善, 对氢氧化镁的需求随之增加, 尤其是作为无毒、抑烟型的无机阻燃剂氢氧化镁需求会更加迫切; 我国又是镁矿资源大国, 具有得天独厚的资源优势, 因此, 在我国氢氧化镁阻燃剂具有良好的市场前景。

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参考文献

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[6] 宋锡瑾 宣 锋 王 杰 纳米氢氧化镁的制备[J] 应用基础与工程科学学报 2006(12) [7] 赵 伟, 叶 虹, 樊唯镏, 韩 玲, 孙思修 阻燃剂用氢氧化镁超细粉体的水热制备山 [8] 张兆震，陈建铭，李振兴，宋云华 晶种法制备氢氧化镁阻燃剂粉体[J] 盐业与化工2011(3)

[9] 宋兴福, 王相田, 庞卫峰,. 固相法制备高纯超细氢氧化镁的工艺 [ J]. 华东理工大学学报: 自然科学版, 2001, 31( 5):616 619.

[10] 欧育湘. 国外无卤阻燃剂最新研究进展[ J ] . 精细专用化学品,2000,8( 9) : 6- 8 [11] 张秋艳, 郭如新. 国内从水镁石制取氢氧化镁阻燃剂近况[ J ] .海湖 盐与化工, 2002, 3( 6) : 34- 37

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[14] 门长青, 徐晓楠. 无机阻燃剂 氢氧化镁的发展现状 [ J] . 消防技术 与产品信息, 2004, ( 5): 61.

[15] 郭如新. 国内氢氧化镁阻燃剂生产应用与市场前景 [ J] . 化工科技市场，2003，（11）：8.

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