聚磷酸銨-氫氧化鎂復合阻燃劑的合成與測試

高慧妍，厲安昕，周麗

聚磷酸銨-氫氧化鎂復合阻燃劑的合成與測試

高慧妍1，厲安昕1，周麗2

（1. 沈陽科技學院， 遼寧 沈陽 110167； 2. 遼寧中醫藥大學杏林學院， 遼寧 沈陽 110167）

利用干法改性的工藝對氫氧化鎂進行改性處理,先在110 ℃的環境下，將500 g的氫氧化鎂進行10 h干燥，將氫氧化鎂完全變成粉體以后，再將得到的粉體加入到高速混合機中，然后再將另外一份一定量硬脂酸鎂分成兩等分，之后按照5 min一次的速度將硬脂酸鎂分成兩次加入，在高速攪拌機中將Mg(OH)2粉體改性10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h等不同的時間后，取出在這些時間下進行改性后得到的不同的樣本。對體系進行氫氧化鎂活化指數(H)的測定試驗、拉伸強度測試試驗、沖擊強度測試試驗、極限氧指數(LOI)試驗、硬脂酸鎂改性氫氧化鎂正交試驗與因素分析、氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的研究和熱分析。

氫氧化鎂；聚磷酸銨；合成；性能測試

近年來,隨著人們環境保護意識的增強,綠色阻燃涂料對傳統阻燃涂料提出了挑戰, 特別是含鹵系和磷系的阻燃劑[1], 因其在燃燒過程中產生有毒、腐蝕性、遮蔽性等有害氣體引起廣泛的關注[2]。氫氧化鎂作為添加型無機阻燃劑, 且和聚磷酸銨在生產、使用和廢棄物產生的過程中均無有害物質排放,對環境不造成污染, 因此是一種環保且價廉的綠色阻燃劑，利用此性質生產性能更優異的復合型阻燃劑迫在眉睫[3-5]。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

表1 主要原料與藥品

1.2 實驗方法

1.2.1 改性氫氧化鎂的制備

將500 g的Mg(OH)2，先在110 ℃的環境下，進行10 h干燥，即完全變成分粉體以后，再將得到的粉體，加入到高速混合機中，先在300 r/min的高速混合機里面，對其進行預熱，使它的溫度達到80 ℃，然后，再將另外一份一定量硬脂酸鎂分成兩等分，然后按照5 min一次的速度將硬脂酸鎂分成兩次加入，將Mg(OH)2粉體在1 200 r/min的高速混合機里面改性10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h等不同的時間后，取出在這些時間下改性后得到的不同樣本，為各項測試做準備。

1.2.2 氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的制備

將改性處理后的氫氧化鎂，按不同質量配比與聚磷酸銨在高速混合機中進行預混，并加入占共混體系總質量為0.5%的抗氧化劑1010，將預混后的粉體與相應質量的聚乙烯混合后并加入適量的白油,將以上物料混勻后在雙螺桿擠出機中混合、擠壓和制粒,待粒料晾干后將其注塑成相應的標準樣條,測試復合材料的阻燃和力學性能。

1.3 性能測試

（1）按照GB/T 1040-2006《塑料拉伸性能試驗方法》的規定，測定泡沫的拉伸應力。

（2）按照GB-7045-MD《塑料沖擊性能試驗方法》的規定，測定泡沫的彎曲應力。

（3）極限氧指數(LOI) 的測定。

（4）Mg(OH)2活化指數(H)的測定。

2 實驗結果與討論

2.1 氫氧化鎂表面改性

2.1.1 硬脂酸鎂改性氫氧化鎂正交試驗

表2 硬脂酸鎂改性氫氧化鎂試驗正交試驗表

2.1.2 硬脂酸鎂改性氫氧化鎂各因素影響因素分析

圖1 改性溫度80℃、不同質量分數時活化指數與改性時間關系圖

從這個圖1里面就可以看出來，經過了改性的氫氧化鎂的活化指數隨改性時間的增加而逐漸增大，改性時間在1 h以內時氫氧化鎂的活化指數仍在40%以上，說明改性時間在1 h以內時硬脂酸鎂就已經對氫氧化鎂產生明顯的改性作用，改性時間為2～3 h時，氫氧化鎂的活化指數隨著改性時間的延長呈線性增加，說明該階段硬脂酸鎂與氫氧化鎂粒子產生了明顯的化學吸附作用而使其活化指數明顯增加，改性時間大于3 h以上，氫氧化鎂的活化指數顯然沒有繼續增加,改性時間達到3 h時的氫氧化鎂硬脂酸鎂化學吸附效果已經達到最佳,增加改性時間來實現更大的價值。當硬脂酸鎂用量為氫氧化鎂質量的6%為最佳。

2.2 氫氧化鎂添加量對MH/HDPE共混體系的極限氧指數影響

圖2是改性氫氧化鎂之前和之后對氧指數的影響。由圖2所示, 沒有添加氫氧化鎂的純聚乙烯灼減量值是18.6, 它可以很容易地在空中起火燃燒,隨著添加量的增加，改性氫氧化鎂、氫氧化鎂/ PE共混體系的氧指數逐漸增加，因此改性后的氫氧化鎂/ PE共混體系比未改性氫氧化鎂/ PE共混體系有更好的阻燃性能。

圖2 “2.5%硬脂酸鎂+0.5%KH570”改性前后氫氧化鎂添加量對MH/HDPE共混體系氧指數的影響

2.3 氫氧化鎂添加量對MH/HDPE共混體系的拉伸強度影響

表3 改性氫氧化鎂添加量對MH/HDPE共混體系拉伸性能的影響

上述情況則說明經過改性氫氧化鎂的極限氧指數高達99%，其具有良好的疏水性，而未改性的氫氧化鎂則具有親水性，于是改性后的氫氧化鎂與同樣具有疏水基團的聚乙烯具有更好的相容性，所以改性氫氧化鎂/聚乙烯共混體系能保持相對較高的拉伸強度。

2.4 POE添加量對MH/HDPE共混體系的拉伸強度影響

表4 POE添加量對改性MH/HDPE共混體系的拉伸強度影響

表4表明POE添加量對MH/HDPE共混體系拉伸性能的影響。可以看出，隨著POE添加量的增加，氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的力學性能總體呈下降趨勢，相同添加量情況下，改性后氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的拉伸強度高于未改性氫氧化鎂/聚乙烯共混體系。POE作為提高氫氧化鎂分散程度的添加劑，在該體系中并沒有體現出明顯的作用，反而使得力學性能有所下降，說明POE對于該體系并不適用。

3 結 論

（1）采用硬脂酸鎂改性氫氧化鎂的最優的條件為“質量分數”為6%、改性時間3 h、改性溫度80 ℃。

（2）相同添加量情況下，硬脂酸鎂改性后氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的拉伸強度則高于未改性氫氧化鎂/聚乙烯共混體系。

（3）研究了POE添加量對MH/HDPE共混體系的拉伸強度的影響，發現POE作為提高氫氧化鎂分散程度的添加劑，在該體系中并沒有體現出明顯的作用，反而使得力學性能有所下降，說明POE對于該體系并不適用。

（4）研究了氫氧化鎂添加量對MH/HDPE共混體系的極限氧指數(LOI)的影響，發現隨著改性氫氧化鎂添加量的增加，氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的LOI值逐漸增大，即修改后的氫氧化鎂/ PE共混體系比未改性氫氧化鎂/ PE共混體系有更好的阻燃性能。

［1］貢長生,朱麗君.磷系阻燃劑的合成和應用[J].化工技術經濟,2002，2(4):9-13.

［2］楊海洋,肖鵬,胡柄環.無鹵阻燃劑的研究進展[J].塑料工業,2006，34(5):69-72.

［3］歐育湘,李建軍,阻燃劑一性能、制造及應用[M].北京:化學工業出版社，2006.

［4］崔雋,姜洪雷.阻燃劑的現狀與發展趨勢[J].山東輕工業學院學報,2003,17(1):14-17.

［5］張曉慧.國外聚合物阻燃技術進展[J].江漢人學學報,1997,14(6):20-23.

Synthesis and Performance Test of Ammonium polyphosphate/Magnesium Hydroxide Composite Flame Retardant

1，1，ZHOU Li

（1. Shenyang Institute of Science and Technology, Liaoning Shenyang 110167, China；2. Xinglin College ,Liaoning University of Traditional Chinese Medicine,Liaoning Shenyang 110167，China）

Magnesium hydroxide was modified by dry modification method. At first, 500 g magnesium hydroxide was dried at 110 ℃ for 10 h to prepare powder, and then the powder was added into high speed mixer. Certain amount of magnesium stearate was divided into two parts, and they were twice added into the high speed mixer one time every 5 min, magnesium hydroxide powder was modified in the high speed mixer for 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h and 3 h. Modified samples were obtained. Magnesium hydroxide activation index ( H ) was determined; tensile strength test was carried out as well as impact strength test, limiting oxygen index (LOI) test, orthogonal test and factor analysis of modifying Mg(OH)2with magnesium stearate, research and thermal analysis of magnesium hydroxide / polyethylene blending system.

magnesium hydroxide; ammonium polyphosphate; synthesis; performance test

2017-04-21

高慧妍（1988-），女，助教，碩士，遼寧省沈陽市人，2014年畢業于沈陽工業大學材料物理與化學專業專業，研究方向：精細化工。

TQ 630

A

1004-0935（2017）07-0642-03