氢氧化镁阻燃剂的制备

氢氧化镁阻燃剂的制备
介绍了氢氧化镁阻燃剂的特点和阻燃机理，重点阐述了氢氧化镁阻燃剂的制备方法，并讨论了其存在问题和发展方向。

标签：氢氧化镁；阻燃剂；制备
非卤化无机阻燃剂近年来成为研究的热点。

非卤化无机阻燃剂应用于高分子材料的阻燃，可减少高分子材料燃烧时产生的有毒物质及污染物的产生量，保护环境，减少火灾损失。

非卤化无机阻燃剂氢氧化镁是无机阻燃剂的新起之秀，引起广大研究者的兴趣。

本文介绍氢氧化镁阻燃剂的特点和阻燃机理，重点介绍纳米氢氧化镁阻燃剂的制备方法，并对其研究方向进行展望。

1 氢氧化镁阻燃剂的特点和阻燃机理
氢氧化镁作为新型的无卤阻燃剂来源于其高温下的热分解反应。

当温度达到340℃时，氢氧化镁开始分解，其分解方程式如下：
氢氧化镁热分解过程中生成氧化镁和水，完全分解时温度高达490℃。

氢氧化镁热分解所产生的水蒸气能够吸收大量的热量，降低材料的表面温度，减少可燃小分子物质的产生，同时也稀释了高分子材料表面的氧气，使燃烧难以进行；此外，氢氧化镁与可燃物反应产生的碳化层可有效隔绝氧气阻碍可燃物的热分解；热分解产生耐火材料氧化镁能够覆盖聚合物的表面，有效阻止燃烧。

同时，氢氧化镁还具有吸烟的作用。

氢氧化镁作为阻燃剂在高分子材料燃烧过程中不产生有害物质，且能够中和酸性气体，避免二次污染，绿色环保。

但氢氧化镁表面具有较强的亲水性，与疏水性的聚合物分子亲和力较差。

此外，氢氧化镁用作阻燃剂时只有其填充量>40%才具有较好的阻燃效果，但高填充量降低了高分子聚合物材料的机械性能和加工性能。

采用特殊的方法制备分散性能好的氢氧化镁阻燃剂成为研究的重点。

2 氢氧化镁的制备
氢氧化镁的制备方法有多种，根据物态的不同，可分为固相法、气相法、液相法。

液相法主要有沉淀法和水热反应法，沉淀法依据沉淀剂的种类不同细分为石灰法、氨法和氢氧化钠法，根据沉淀实施的具体方式不同又可分为直接沉淀法、均相沉淀法、溶液沉淀法和沉淀-共沸法以及反向沉淀法。

沉淀法是将沉淀剂与Mg2+反应得到氢氧化镁的方法，也是最常用的氢氧化镁制备方法。

水热法是以水为溶剂，在一定温度和压力下进行化学反应制备氢氧化镁的方法。

水热处理氢氧化镁时需特殊的高压反应器，成本相对较高。

石灰法制备氢氧化镁的反应式如下所示：
该方法是以石灰乳或锻烧过的白云石为原料，将其与可溶性镁盐反应得到氢氧化镁。

卢伯南[7]等采用石灰乳法制备了阻燃型氢氧化镁，并对其分别采用磷酸三苯酯、双咪唑啉、双子磺酸进行改性。

石灰乳法制备氢氧化镁的最佳工艺如图1所示。

经改性剂改性后的氢氧化镁的活化指数均有所提高，但经双子磺酸钠改性的氢氧化镁的活化指数最高。

此外，刘鹏[8]也开展了卤水-石灰法制备氢氧化镁的实验研究，详细探讨了氢氧化镁制备工艺条件，并最终获得最佳的工艺参数（圖2），为石灰法制备氢氧化镁提供了技术参考。

李雪[9]等以轻烧粉和氨气为原料制备了氢氧化镁阻燃剂。

氢氧化镁阻燃剂的粒径和形貌均与反应温度有关，当反应温度为50℃时产品粒径较小，但形貌欠佳，而当反应温度为90℃时，产品形貌有所改善，但粒径有所增大。

除反应温度外，通氨速率也会影响产品性能，随着通氨速率的增大，氢氧化镁的各项性能均有所改善，但通氨速率过大时其分散性能和粒径有所下降。

于文强[10]等以氢氧化钠为沉淀剂，以六水合氯化镁为原料制备了氢氧化镁。

制备过程中采用十二烷基硫酸钠和乙醇为分散剂以改善其性能。

电子扫描显微镜证实所制备的氢氧化镁颗粒大小均匀，并具有较好的分散性能。

同样采用氢氧化钠沉淀剂，吴健松[11]等以徐闻苦卤为原料制备了具有较好纯度和粒度的氢氧化镁阻燃剂。

采用苦卤中镁资源制备氢氧化镁，不仅可以获得阻燃材料市场所需要的阻燃剂也可以很好地保护环境。

申红艳等[12]同样以六水氯化镁和氢氧化钠为原料，研究了不同沉淀方法对氢氧化镁的性能影响。

经过详细的实验研究发现，不同的沉淀方式所得到的氢氧化镁的沉降速度有较大区别，其顺序为：超重力沉淀法>双向沉淀法>正向沉淀法>反向沉淀法。

此外，超重力沉淀法制备的氢氧化镁性能最优，样品相貌为六方片状，粒径在30～50nm范围，较小的粒径可以使氢氧化镁更好地与高分子基材相容，在保障基材材料力学和加工性能的基础上提高其阻燃性能。

赵卓雅[13]等采用水热处理氢氧化镁以改善其性能，将氢氧化镁料浆于200℃条件下水热处理后，其相貌由不规则的团聚片状转变为六角片状，且分散性能大大提高。

此外，水热处理后的氢氧化镁的表面能降低，团聚现象有所改善。

李金平[14]等也开展了水热处理工业氢氧化镁的研究，经水热提纯后样品为棒状或片状形貌。

氢氧化镁的纯度在180℃时最大，反应时间也对其纯度有影响，在反应时间在4h时纯度最佳。

单一改变滤液的使用次数，氢氧化镁的纯度也有所不同，滤液的使用次数为3次时其纯度可高达91%。

张兆震[15]等在水热法的基础上，通过加入晶种来改善氢氧化镁的性能。

经过两步合成法制备的氢氧化镁具有类似立方状形貌，较之未加晶种制备的氢氧化镁具有更好的分散性能。

此外，晶种的加入可以促使氢氧化镁晶体的生长，使其过滤时间大大缩短，有效缩短氢氧化镁制备周期。

沉淀法是制备氢氧化镁阻燃剂的最常用方法，该方法制备氢氧化镁不仅原料来源广泛、成本低廉，更重要的是沉淀法制备氢氧化镁的工艺较简单，可以重复大量地制备产品。

水热法制备阻燃型氢氧化镁可以得到尺寸更小的纳米级产品，且经水热处理后氢氧化镁具有更优良的热分解性能，但水热法制备氢氧化镁需要特殊工艺条件，所需的实验设备价格较贵，适用于实验室生产。

3 结束语
无卤阻燃剂氢氧化镁具有较好的阻燃性能，用于高分子基材的阻燃还具有填充的功能，近年来引起广大研究者的关注。

氢氧化镁阻燃剂的制备方法主要有沉淀法和水热法，沉淀法是最为常用的方法，制备工艺简单，易于控制制备参数，但仍需改进生产工艺以获得综合性能最优的氢氧化镁。

水热法是适用于实验室小型生产氫氧化镁的方法，虽然水热处理过程的条件苛刻且生产成本相对提高，但可以获得特殊形貌的纳米氢氧化镁。

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作者简介：赵丽（1983-），女，副教授，博士，研究方向为高分子材料。