无机阻燃剂的应用

2007-09-27 16:20:05

朔黄线

由于世界范围内阻燃防灾呼声的日益高涨以及环境保护领域立法的建立和日趋发展，直接促进了阻燃剂的研究开发和生产应用。传统阻燃材料，广泛采用含卤聚合物或含卤阻燃剂组合而成的阻燃混合物。但是一旦发生火灾，由于热分解和燃烧，会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性气体，从而妨碍救火和人员疏散、腐蚀仪器和设备。特别是人们发现火灾中的死亡事故有80%以上是材料产生的浓烟和有毒气体造成的，因而除了阻燃效率外，低烟低毒也是阻燃剂必不可少的指标，是阻燃剂研究领域内最活跃的研究课题之一。

发展动向

一环保型无机阻燃剂的应用现状

近年来，随着重大火灾次数的增多以及塑料焚烧造成的二次污染等问题的出现，使得有机阻燃剂的应用受到了限制。而无毒、高效、抑烟的无机系列阻燃剂，特别是氢氧化铝和氢氧化镁完全符合当今阻燃剂向环保型发展的大趋势，它们的市场越来越广阔。发达国家和地区以及中国阻燃剂产品结构如表1所示。

表1 发达国家和地区以及中国阻燃剂产品结构一览表

	美国	西欧	日本	中国
氯系阻燃剂	10%	12%	5%	84%
溴系阻燃剂	16%	22%岩土力学编辑部	21%	4%
磷及卤化磷系阻燃剂	14%	16%	10%	4%
无机阻燃剂	60%	50%	64%	8%

总体上看，发达国家阻燃剂消费量大，发展快，其中无机阻燃剂占很大比重，且所占份额有上升的趋势。我国阻燃剂工业发展极不平衡，氯系阻燃剂所占比例较重，为各阻燃剂之首，其中氯化石蜡占垄断地位。但氯系阻燃剂作用时释放出有毒气体，这与现代生活所追求的无毒高效存在很大距离。因此为了顺应世界阻燃剂低烟雾、低毒性和无公害的发展趋势，我国应不断加快无机阻燃剂的开发应用，其中尤以氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的开发、生产和应用势在必行。

二环保型无机阻燃剂的表面改性

2.1表面改性原理

表面改性是指用物理、化学方法对粒子表面进行处理，有目的地改变粒子表面的物理化学性质，如表面原子层结构和官能团、表面疏水性、电性、化学吸附和反应特性等。无机阻燃剂具有较强的极性及亲水性，同非极性聚合物材料间相容性差，界面难以形成良好的结合和粘结。为了改善无机阻燃剂与聚合物间的粘结力和界面亲和性，采用偶联剂对其表面进行表面处理是最为行之有效的方法之一。

表面改性处理即通过各种表面改性剂与颗粒表面化学反应和表面覆处理改变颗粒的表面状态，提高表面活性，从而改善或改变粉体的分散性、和高分子材料的相容性等。目前国内用得较多表面改性剂是硬脂酸钠或油酸钠。继续开发高效的增效剂用以减少阻燃剂的用量，从而降低阻燃剂的成本，是今后开发无卤阻燃技术的重点和提高阻燃性能的关键。

2.2表面改性方法

用阴离子、阳离子以及非离子型表面活性剂如高级脂肪酸、酯类、醇类、酰氨类对其表面进行改性，以提高氢氧化铝和树脂之间的亲和力，改善制品的性能、增加阻燃性、改善加工性能，使之同高分子材料间的相容性更好，并且进一步增强橡胶、塑料等制品的抗冲击强度。

表面改性方法有：偶联剂、接枝、胶囊化聚合、相容剂等几条路线。对无机粒子而言，常常采用加强两相间物理、化学作用，如范德华氢键、化学键、离子键等。

（1）沉积法反应改性

利用有机或无机物在粒子表面沉积一层包覆层，以改变其表面性质。

（2）外膜层法改性（胶囊式）

托姆布雷

在粒子表面包L一层其它物质膜，使粒子表面特性发生改变，与（1）不同的是这层膜是均匀的。

（3）机械化学法改性

在物理粉碎过程中，利用机械应力作用有目的地对粒子表面进行激活，以改变其表面晶体结构和物理化学结构。在新生表面产生游离基或离子，提高了亲油疏水性．可引发苯乙烯等烯烃聚合．形成接枝填料。

（4热缩管）表面化学法改性

采用化学手段．如利用有机官能团等粒子表面进行化学吸附或化学反应．从而使表面活性剂覆盖于粒子表面。常用的表面改性剂有：硅烷、钛酸酯等偶联剂，硬脂酸、有机硅等电荷转移络合体。

（5）高能量法表面改性

利用电晕放电、紫外线、等离子体放射线对粒子表面进行改性。

（6）偶联剂表面处理

用偶联剂对氢氧化铝和氢氧化镁进行表面改性是利用偶联剂分子的基团可以与氢氧化铝和氢氧化镁的表面发生反应，形成化学键合，而偶联剂分子的另一端可以与有机高分子发生某种化学反应或机械缠绕，从而把两种性质差异较大的材料紧密结合起来，即借助偶联剂在氢氧化铝和氢氧化镁表面形成分子桥，把两种性质悬殊的材料连接在一起，从而使之与有机高分子材料相容性得以提高。偶联剂一般可采用硅烷或钛酸酯类。经硅烷处理后的氢氧化铝，能极有效的提高聚酯的弯曲强度和环氧树脂的拉伸强度。钛酸酯偶联剂是美国Kenrich石油化学公司于70年代中期开发的偶联剂，对许多干燥粉体有良好的填充效果、对聚烯烃之类的热塑性塑料特别适用。

表面改性的处理方法有两种，分为干法和湿法。偶联剂大多耐水性差，只能在惰性有机溶剂中溶解稀释使用，一般采用干法。将偶联剂用适量的惰性溶剂稀释后，喷淋于氢氧化镁、氢氧化铝粉末上，在低速捏合机中搅拌混合进行改性处理。湿法表面处理是直接把表面处理剂或分散剂加入无机阻燃剂悬浮液中，进行表面处理。

氢氧化镁和氢氧化铝是重要的无机阻燃剂，广泛应用于橡胶、塑料、纤维等高聚物中。无机阻燃剂和高聚物在物理形态和化学结构上极不相同，两者结合性差，如果直接填充，会造成分散不均，而且粒径较大者还会成为复合材料中的应力集中点,成为材料的薄弱环节。这些不仅限制了填充剂在聚合物中的添加量，而且还严重影响了制品的性能。为了改善它们的性能需对其进行表面处理，目前集中在有机改性，大体可以分为两类：表面活性剂处理、偶联剂处理。

三环保型无机阻燃剂的应用前景

低烟、低卤或无卤阻燃剂是阻燃剂发展的主流。当今世界环保要求越来越高，对环境友好的环保型阻燃剂受到各国重视，有关研究、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，除通用品种外，各种专用、复配型新产品层出不穷，应用领域不断开拓。我国应加强对环保型阻燃剂的应用研究，促进我国阻燃剂的生产与发展，满足我国飞速发展的塑料工业的需求，同时加快我国阻燃剂工业产品结构调整。阻燃剂及阻燃材料在工业生产和人们生活中的重要性不容置疑，其发展趋势和应用领域格外引人关注。

世界阻燃剂的发展方向：

(1) 非卤化。主要是以无机阻燃剂代替现在大量使用的有机阻燃剂。

(2) 阻燃剂超细化。阻燃剂颗粒越细，对所添加材料的物理性能的影响将越小，甚至可以起到增强的效果。

(3) 阻燃剂表面处理。用表面化学方法处理无机阻燃剂，以增加其与高分子材料的亲和力。

(4) 研究阻燃剂体系的协同作用。将不同的阻燃剂进行复配，在增强阻燃效果的同时，减少阻燃剂的用量。

概括而言，阻燃剂的发展方向就是注重发展低烟雾、低毒或无毒、高效的环保型新品种，提高无机阻燃剂的生产和消费比例，开发高效复合型阻燃剂新品种。

延边大学校歌众所周知，大多数高分子材料是易燃物质。随着高分子材料的广泛使用，特别是在建筑、交通、电子电器及日用制品等方面的大量使用，火灾的危险性和危害性大大增加了。由于塑料燃烧而导致火灾的危害迫使世界许多国家制订了相应的法规，对其燃烧性及其应用作了严格限定。因此阻燃剂的开发和应用受到了极大的重视，随着人类环保意识的加强，绿化学和技术带来新的产业革命，开发新型环境友好的低烟低毒无卤产品已成为当今科学研究领域中的一个重要课题。

无机阻燃剂具有较强的极性及亲水性，同非极性聚合物材料间相容性差，界面难以形成良好的结合和粘结。为了改善氢氧化镁与聚合物间的粘结力和界面亲合性，制备纳米氢氧化镁阻燃剂并对其进行表面改性处理是最为行之有效的方法之一。

无机阻燃剂颗粒纳米化，添加于聚合物体系中，形成无机/有机纳米复合材料，从而提高其阻燃性能；对其进行表面改性，可以减少对聚合物的机械力学性能的影响。

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