聚乙烯基復(fù)合材料無機(jī)阻燃研究進(jìn)展

于佳源，孫 安，包興濤，毛嘉寶

（無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇宜興 214200）

典型的熱塑性高分子材料聚乙烯（PE）是通過乙烯聚合制成，聚合度和大分子鏈結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致聚乙烯性能的差異。聚乙烯具有非常好的電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性能，同時，其具有來源廣、價格低、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、電器、軍工、通信、機(jī)械和交通等各行各業(yè)。聚乙烯已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)中重要的化工產(chǎn)品之一。

但聚乙烯極限氧指數(shù)在17%左右，屬于易燃材料，在高溫的條件會融化、分解、甚至燃燒，燃燒時還會產(chǎn)生大量的熔滴，造成傳播，引發(fā)更大的火災(zāi)。聚乙烯的阻燃改性，不光關(guān)乎經(jīng)濟(jì)發(fā)展，而且從安全角度考量，都是重中之重，同時由于ROSH2.0的限制要求，聚烯烴材料的阻燃改性，要求無鹵、不含重金屬等。因此高效的無鹵阻燃劑、復(fù)配體系和改性工藝大量出現(xiàn)，已成為重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一。本文綜述了目前常用的無機(jī)阻燃體系：Mg（OH）2體系、Al（OH）3體系、Sb2O3體系。

1 Mg（OH）2體系

氫氧化鎂是一種環(huán)境友好型無機(jī)阻燃劑，具有安全、環(huán)保、阻燃、隔煙的等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于材料阻燃領(lǐng)域。但是，氫氧化鎂阻燃的效率比較低，需要向改性體系中大量添加才能達(dá)到阻燃要求，添加量要大于50%，這么高的添加量會影響材料的力學(xué)性能和加工性能等。需要對氫氧化鎂進(jìn)行改性，降低填充量，降低對材料力學(xué)等性能的影響。

于華年等研究了氫氧化鎂粒徑對LLDPE體系加工流動性能、力學(xué)性能和阻燃性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)添加量相同時，氫氧化鎂粒徑為12500目時的熔融指數(shù)大于粒徑為4000目時的熔融指數(shù)，說明小粒徑時體系的加工性能更好；當(dāng)添加量達(dá)到70%，12500目MH/LLDPE體系極限氧指數(shù)為31.4%，同時兼具較好的加工性能和力學(xué)性能。

張紅霞等研究了表面改性后的氫氧化鎂阻燃效果。通過硬脂酸鈉（NaSt）和聚乙二醇（PEG）復(fù)合改性氫氧化鎂（MH），測試體系阻燃性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明，當(dāng)NaSt和PEG質(zhì)量比為3∶1時，在80℃條件下，經(jīng)過1h的改性時間，MH的表面活性達(dá)到最佳效果，此時活化指數(shù)為97.7%，接觸角為135°，表現(xiàn)出親油疏水性。當(dāng)經(jīng)過改性的MH的添加量為30%時，體系的拉伸強(qiáng)度為12.3MPa，比純PE-HD的拉伸強(qiáng)度略有降低，但極限氧指數(shù)達(dá)到24.6%。

2 Al（OH）3體系

氫氧化鋁也是一種常用的無機(jī)環(huán)保型阻燃劑，它與氫氧化鎂類似，都具有填充、阻燃和抑煙的作用，但要達(dá)到理想的阻燃效果，需要大量的填充，會影響體系的整體性能。所以氫氧化鋁作為阻燃劑使用，也是需要改性或復(fù)配，降低添加量，增加效率。

高潔等研究高密度聚乙烯（HDPE）的阻燃性能，采用共沉淀法，制備十二烷基三甲基溴化銨有機(jī)改性的Mg-Fe-LDH。通過熔融共混法制備HDPE/Mg-Fe-LDH，以氫氧化鋁（ATH）作為協(xié)效阻燃劑，研究HDPE復(fù)合體系的阻燃性能。結(jié)果表明，當(dāng)ATH 和Mg-Fe-LDH添加量達(dá)到40%，且ATH和Mg-Fe-LDH的質(zhì)量比為38∶2時，復(fù)合體系阻燃性能達(dá)到最佳。ATH和Mg-Fe-LDH阻燃劑具有較佳的協(xié)效阻燃效果。

韓黎剛等研究了富勒烯（C60）和氫氧化鋁（ATH）經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550表面改性處理，對HDPE復(fù)合體系阻燃性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)用ATH單獨(dú)阻燃HDPE，ATH添加量為160pHr時，HDPE/ATH體系才能達(dá)到UL-94垂直燃燒V-0級別；當(dāng)加入1pHrC60后，ATH的添加量降低為120pHr即達(dá)到UL-94垂直燃燒V-0級別，阻燃劑用量顯著降低，減少對材料力學(xué)性能和加工性能帶來的影響。同時，改性C60的加入可以有效延長材料的點(diǎn)燃時間、最大熱釋放速率對應(yīng)的時間和氧化誘導(dǎo)期，降低最大熱釋放速率。

3 Sb2O3體系

三氧化二銻作為阻燃劑一般與鹵系阻燃劑復(fù)配使用，一般三氧化二銻粒徑越小，阻燃效果越好，添加量也少。

李曼等以十溴二苯乙烷（DBDPE）/三氧化二銻（Sb2O3）/偶聯(lián)劑鈦酸酯表面改性赤泥（Ti-MRM）為阻燃劑，制備了阻燃低密度聚乙烯復(fù)合材料。結(jié)果表明，當(dāng)LDPE為84phr，DBDPE為10.50phr，Sb2O3為3.50phr，Ti-MRM為2phr時，LDPE復(fù)合體系的極限氧指數(shù)為30.4%，UL-94垂直燃燒達(dá)到V-0級別。

劉瑋等以鈦酸酯改性鈉基膨潤土（Na-MMT）/三氧化二銻（Sb2O3）/十溴二苯乙烷（DBDPE）為復(fù)配阻燃體系，制備了LDPE體系。結(jié)果表明，當(dāng)LDPE為76phr，Sb2O3為4phr，DBDPE為12phr，改性Na-MMT為8phr，LDPE復(fù)合體系UL-94垂直燃燒達(dá)到V-0級別，極限氧指數(shù)為33.8%。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會的進(jìn)步，生活質(zhì)量的提高，對環(huán)保的要求也將也來越高。將使聚乙烯阻燃向低煙、無鹵、高效和環(huán)保等方向快速發(fā)展。研究的重點(diǎn)如下：

1）降低阻燃劑的添加量，減少對體系力學(xué)性能和加工性能的影響；

2）協(xié)效阻燃體系的開發(fā)，向更高效方向發(fā)展；

3）新型阻燃劑的開發(fā)，向環(huán)保、高效、無毒等領(lǐng)域發(fā)展。