聚乙烯基復合材料無機阻燃研究進展

于佳源，孫 安，包興濤，毛嘉寶

（無錫工藝職業技術學院，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構的不同，導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腐蝕性能，同時，其具有來源廣、價格低、質量輕等優點，廣泛應用于化工、電器、軍工、通信、機械和交通等各行各業。聚乙烯已經成為國民經濟中重要的化工產品之一。

但聚乙烯極限氧指數在17%左右，屬于易燃材料，在高溫的條件會融化、分解、甚至燃燒，燃燒時還會產生大量的熔滴，造成傳播，引發更大的火災。聚乙烯的阻燃改性，不光關乎經濟發展，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、復配體系和改性工藝大量出現，已成為重點研究領域之一。本文綜述了目前常用的無機阻燃體系：Mg（OH）2體系、Al（OH）3體系、Sb2O3體系。

1 Mg（OH）2體系

氫氧化鎂是一種環境友好型無機阻燃劑，具有安全、環保、阻燃、隔煙的等特點，被廣泛應用于材料阻燃領域。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性能和加工性能等。需要對氫氧化鎂進行改性，降低填充量，降低對材料力學等性能的影響。

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

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）復合改性氫氧化鎂（MH），測試體系阻燃性能和力學性能。結果表明，當NaSt和PEG質量比為3∶1時，在80℃條件下，經過1h的改性時間，MH的表面活性達到最佳效果，此時活化指數為97.7%，接觸角為135°，表現出親油疏水性。當經過改性的MH的添加量為30%時，體系的拉伸強度為12.3MPa，比純PE-HD的拉伸強度略有降低，但極限氧指數達到24.6%。

2 Al（OH）3體系

氫氧化鋁也是一種常用的無機環保型阻燃劑，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）作為協效阻燃劑，研究HDPE復合體系的阻燃性能。結果表明，當ATH 和Mg-Fe-LDH添加量達到40%，且ATH和Mg-Fe-LDH的質量比為38∶2時，復合體系阻燃性能達到最佳。ATH和Mg-Fe-LDH阻燃劑具有較佳的協效阻燃效果。

韓黎剛等研究了富勒烯（C60）和氫氧化鋁（ATH）經硅烷偶聯劑KH-550表面改性處理，對HDPE復合體系阻燃性能的影響。結果表明，當用ATH單獨阻燃HDPE，ATH添加量為160pHr時，HDPE/ATH體系才能達到UL-94垂直燃燒V-0級別；當加入1pHrC60后，ATH的添加量降低為120pHr即達到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燃時間、最大熱釋放速率對應的時間和氧化誘導期，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合材料。結果表明，當LDPE為84phr，DBDPE為10.50phr，Sb2O3為3.50phr，Ti-MRM為2phr時，LDPE復合體系的極限氧指數為30.4%，UL-94垂直燃燒達到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）為復配阻燃體系，制備了LDPE體系。結果表明，當LDPE為76phr，Sb2O3為4phr，DBDPE為12phr，改性Na-MMT為8phr，LDPE復合體系UL-94垂直燃燒達到V-0級別，極限氧指數為33.8%。

4 結論

隨著經濟的發展，社會的進步，生活質量的提高，對環保的要求也將也來越高。將使聚乙烯阻燃向低煙、無鹵、高效和環保等方向快速發展。研究的重點如下：

1）降低阻燃劑的添加量，減少對體系力學性能和加工性能的影響；

2）協效阻燃體系的開發，向更高效方向發展；

3）新型阻燃劑的開發，向環保、高效、無毒等領域發展。