在無機阻燃劑當中,氫氧化鎂具有阻燃、消煙、防滴、填充等多重功能,是近年來開發的一種熱門無機阻燃劑。
氫氧化鎂的分類
氫氧化鎂按生產方式來分,可分為機械研磨法(也即我們常說的水鎂石)和化學合成法,其中機械研磨法的生產能力為30-50萬噸,主要集中在遼寧一帶。化學合成法又可分為水熱法、沉淀法、氧化鎂水化法等。氫氧化鎂阻燃劑主要應用于各類橡膠和塑料領域,其中用量最大的還是機械研磨法制備的超細氫氧化鎂。
超細氫氧化鎂是由天然水鎂石礦物經超細粉碎,并進行一定的表面處理制作的一類無機阻燃劑。由水鎂石生產的氫氧化鎂阻燃劑,源頭采用天然礦物,加工全過程基本上是零排放,可以說從源頭到產品都符合綠色化要求,均無毒無害,為環境友好型阻燃劑,因此被譽為“綠色環保型阻燃劑”,具有巨大的市場應用前景。
我國是鎂資源大國,氫氧化鎂阻燃劑具有得天獨厚的資源優勢和良好的市場前景。據統計,水鎂石全國儲量約為2500萬噸,其中:遼寧省鳳城、寬甸水鎂石礦藏儲量1000萬噸,是目前世界上發現的最大的水鎂石礦;陜西黑木林(儲量約780萬噸),吉林集安(儲量大于200萬噸);另外,河南西峽、青海祁連山、四川尖石包等地也發現水鎂石礦床。
氫氧化鎂阻燃劑的阻燃機理
無機阻燃劑一般都是在氣相或凝聚相發揮阻燃作用。對于超細氫氧化鎂阻燃劑,其阻燃機理可歸納如下:
1)冷卻效應。氫氧化鎂在受熱時會分解,吸收大量的潛熱,由此降低聚合物表面的實際溫度,減慢聚合物裂解速度,減少可燃物的產生;
2)稀釋效應。氫氧化鎂在受熱燃燒的同時釋放出大量的水蒸氣,水蒸氣屬于非可燃性氣體,可起到稀釋可燃性氣體和表面氧氣的作用,從而使得燃燒不能繼續進行,起到氣相阻燃的效果。與此同時,氫氧化鎂阻燃劑在聚合物中體系中的填充量都較大,在一定程度上也可稀釋固相中可燃物的濃度,從而提高制品的阻燃性;
3)隔絕效應。氫氧化鎂受熱后分解生成一層氧化鎂致密層,氧化鎂是一類絕佳的耐火材料,覆蓋于高聚物表面能提高高聚物抵抗火焰的能力,起到隔絕空氣阻止燃燒的目的。而分解后的氧化鎂也有利于聚合物表面成碳,碳層也是一類優良的隔絕層;
4)抑煙效應。氫氧化鎂的阻燃作用主要發生在固體降解區外層,對固體降解區和預燃區的作用很小,這就使得可燃物質的燃燒不受影響,故產生的煙霧也相對較少。而氫氧化鎂外層燃燒所釋放的煙霧也會被分解時產生的水蒸氣稀釋或吸收,故而起到較好的消煙作用。
綜上可知,氫氧化鎂是一類添加型的高效阻燃劑,具有阻燃、消煙、防滴、填充等多重功能,不僅可以中和燃燒過程中產生的酸性腐蝕氣體,還不排放有害物質,是一種綠色環保型阻燃劑。
超細氫氧化鎂阻燃劑的優勢
由于氫氧化鎂熱穩定性好,不產生腐蝕性氣體、不揮發、效果持久、沒有毒性、價格低廉。同時與氫氧化鋁比,它熱分解溫度高,在阻燃機理、分解能力、熱容、炭化作用、抑煙能力、硬度、生產成本等方面都具有明顯的優勢。具體而言:
a) 氫氧化鎂的分解能(1137 kJ/g)比氫氧化鋁的分解能(1117 kJ/g)高,且熱容也高7%,這有助于提高阻燃效率;
b) 氫氧化鎂硬度比氫氧化鋁低,加工時對設備的磨損較小,可延長設備的使用壽命;
c) 氫氧化鎂的熱穩定性優于氫氧化鋁。氫氧化鎂分解溫度較高,約340℃;而氫氧化鋁的分解溫度為220℃,因而氫氧化鎂能承受更高的加工溫度,利于加快擠塑速度,尤其適合于加工溫度較高的聚合物。
d) 氫氧化鎂是一種添加型高效抑煙阻燃劑,與氫氧化鋁等同類無機阻燃劑相比,具有更好的抑煙效果;
e)實驗研究表明,氫氧化鎂在促進聚合物表面成碳的效果上優于氫氧化鋁,因而阻燃效果優于氫氧化鋁。