聚磷酸銨-氫氧化鎂復(fù)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(fù)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(xué)院， 遼寧 沈陽 110167； 2. 遼寧中醫(yī)藥大學(xué)杏林學(xué)院， 遼寧 沈陽 110167）

利用干法改性的工藝對氫氧化鎂進(jìn)行改性處理,先在110 ℃的環(huán)境下，將500 g的氫氧化鎂進(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)行改性后得到的不同的樣本。對體系進(jìn)行氫氧化鎂活化指數(shù)(H)的測定試驗、拉伸強(qiáng)度測試試驗、沖擊強(qiáng)度測試試驗、極限氧指數(shù)(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(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),綠色阻燃涂料對傳統(tǒng)阻燃涂料提出了挑戰(zhàn), 特別是含鹵系和磷系的阻燃劑[1], 因其在燃燒過程中產(chǎn)生有毒、腐蝕性、遮蔽性等有害氣體引起廣泛的關(guān)注[2]。氫氧化鎂作為添加型無機(jī)阻燃劑, 且和聚磷酸銨在生產(chǎn)、使用和廢棄物產(chǎn)生的過程中均無有害物質(zhì)排放,對環(huán)境不造成污染, 因此是一種環(huán)保且價廉的綠色阻燃劑，利用此性質(zhì)生產(chǎn)性能更優(yōu)異的復(fù)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(huán)境下，進(jìn)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(jī)中，先在300 r/min的高速混合機(jī)里面，對其進(jìn)行預(yù)熱，使它的溫度達(dá)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(jī)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(zhǔn)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(zhì)量配比與聚磷酸銨在高速混合機(jī)中進(jìn)行預(yù)混，并加入占共混體系總質(zhì)量為0.5%的抗氧化劑1010，將預(yù)混后的粉體與相應(yīng)質(zhì)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(jī)中混合、擠壓和制粒,待粒料晾干后將其注塑成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣條,測試復(fù)合材料的阻燃和力學(xué)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(guī)定，測定泡沫的拉伸應(yīng)力。

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

（3）極限氧指數(shù)(LOI) 的測定。

（4）Mg(OH)2活化指數(shù)(H)的測定。

2 實驗結(jié)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(zhì)量分?jǐn)?shù)時活化指數(shù)與改性時間關(guān)系圖

從這個圖1里面就可以看出來，經(jīng)過了改性的氫氧化鎂的活化指數(shù)隨改性時間的增加而逐漸增大，改性時間在1 h以內(nèi)時氫氧化鎂的活化指數(shù)仍在40%以上，說明改性時間在1 h以內(nèi)時硬脂酸鎂就已經(jīng)對氫氧化鎂產(chǎn)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(shù)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(chǎn)生了明顯的化學(xué)吸附作用而使其活化指數(shù)明顯增加，改性時間大于3 h以上，氫氧化鎂的活化指數(shù)顯然沒有繼續(xù)增加,改性時間達(dá)到3 h時的氫氧化鎂硬脂酸鎂化學(xué)吸附效果已經(jīng)達(dá)到最佳,增加改性時間來實現(xiàn)更大的價值。當(dāng)硬脂酸鎂用量為氫氧化鎂質(zhì)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(shù)影響

圖2是改性氫氧化鎂之前和之后對氧指數(shù)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(shù)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(shù)的影響

2.3 氫氧化鎂添加量對MH/HDPE共混體系的拉伸強(qiáng)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(jīng)過改性氫氧化鎂的極限氧指數(shù)高達(dá)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(tuán)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(qiáng)度。

2.4 POE添加量對MH/HDPE共混體系的拉伸強(qiáng)度影響

表4 POE添加量對改性MH/HDPE共混體系的拉伸強(qiáng)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?？梢钥闯?，隨著POE添加量的增加，氫氧化鎂/聚乙烯共混體系的力學(xué)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(qiáng)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(xiàn)出明顯的作用，反而使得力學(xué)性能有所下降，說明POE對于該體系并不適用。

3 結(jié) 論

（1）采用硬脂酸鎂改性氫氧化鎂的最優(yōu)的條件為“質(zhì)量分?jǐn)?shù)”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(qiáng)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(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)出明顯的作用，反而使得力學(xué)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(shù)(LOI)的影響，發(fā)現(xiàn)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(yīng)用[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì),2002，2(4):9-13.

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

［3］歐育湘,李建軍,阻燃劑一性能、制造及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［4］崔雋,姜洪雷.阻燃劑的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].山東輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2003,17(1):14-17.

［5］張曉慧.國外聚合物阻燃技術(shù)進(jìn)展[J].江漢人學(xué)學(xué)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(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)材料物理與化學(xué)專業(yè)專業(yè)，研究方向：精細(xì)化工。

TQ 630

A

1004-0935（2017）07-0642-03