纳米氢氧化镁在阻燃领域的发展与应用

随着高分子材料愈来愈广泛地应用于生产和生活的各个领域，高分子材料的阻燃问题越来越引起人们的关注。随着化工、电器、电子、机械、汽车、船舶、航空和航天发展，对产品材质的阻燃要求也愈来愈高。纳米纳米氢氧化镁由于无毒、无烟、阻滴、填充阻燃效果好等多种优点，已成为减烟、抑烟的重要无机阻燃剂，特别适用于加工温度较高的聚烯烃塑料[1]。其燃烧时不产生腐蚀性气体，不腐蚀模具，还可以用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶及不饱和聚酯等高分子材料的阻燃 [2]。因此，近年来纳米氢氧化镁在阻燃领域有较快的发展。

一、纳米氢氧化镁阻燃机理与优点

20世纪80年代至90年代初,国外学者Hornsby和Watson[3]对其作用机理进行了较深入的探讨。他们认为纳米氢氧化镁的阻燃和抑烟机理主要是由于以下几方面作用： 1. 纳米氢氧化镁受热分解释放出结晶水而吸收了大量的热量，抑制了聚合物材料温度上升，并能延缓其热分解和降低材料的燃烧速度。2. 纳米氢氧化镁分解产生氧化镁覆盖在可燃物表面，能起到一定的物理隔热作用。3. 纳米氢氧化镁分解产生的大量水蒸汽稀释了气相燃烧区中可燃气体以及其他物质的浓度。4. 另外，纳米氢氧化镁有利于形成表面炭化层，阻止了热量和氧气的进入。

纳米氢氧化镁具备以下优势：1.无毒、无腐蚀性，优异的抑制HCl生成的能力。2..热分解温度高达340～430℃，分解能高达1.37KJ/g，高于氢氧化铝的1.17KJ/g，有利于提高阻燃效率[4]。3. 粒径小，容易均匀分散，且对设备磨损小。4、同时纳米纳米氢氧化镁既是阻燃剂，又是补强填充剂，可减少能源的消耗。5. 原料易得，生产成本低。

二、纳米氢氧化镁国内外发展情况

国外在20世纪30年代已开始生产氢氧化镁，最初主要是作为耐火材料氧化镁的中间产物。20世纪90年代以来，随着纳米科技的发展，其生产和应用在国外特别是美国和日本得到了迅速发展，据不完全统计，目前国外纳米氢氧化镁的总生产能力已超过140万吨[5]。近年来国外关于纳米氢氧化镁阻燃剂的研究开发和生产十分活跃，世界上许多化学公司纷纷新建或扩大纳米氢氧化镁的生产。如美国Martin Marietta公司新建一套年产7万吨装置，Dow Chemicals公司已将其年产3万吨纳米氢氧化镁装置扩大到12.5万吨/年[6]。

从80年代中后期开始，我国多家科研单位相继进行了阻燃氢氧化镁及氢氧化铝的制备工艺研究工作，并用它们取代传统的阻燃剂，取得了较好的阻燃效果。20世纪后期开始，北京化工大学、中国科技大学等单位研究了氢氧化镁的制备、结构及其在聚丙烯、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶等高分子材料中的应用，取得了显著的进展。

目前研究中还存在一些亟待解决的问题，比如：纳米粉体团防团聚技术研究、制备过程中的结晶动力学和热力学研究、高纯度纳米粉体的工业化制备技术等。

三、纳米氢氧化镁未来发展方向

纳米氢氧化镁用作阻燃剂时，必须经过特殊处理和表面改性，未来将朝着纯度更高、粒径更小、表面极性更低的方向发展[7]。

当前，纳米氢氧化镁阻燃剂主要有两大难题需要解决[8]：一是形貌控制，普通的沉淀纳米氢氧化镁制造比较容易，但作为阻燃用的纳米氢氧化镁的粒子应为纤维状或片状，需特殊制备才能满足后续生产的需求;二是过滤性能，纳米氢氧化镁沉淀颗粒细，粘性大，给洗涤、分离操作带来很大困难。因此，对现有生产工艺进行改进，成为当前比较迫切的问题。

需要解决的问题以及今后的发展有以下几个方面：

1. 研究生产过程中有关阴离子及沉淀对产物性能的影响。通过工艺改进，改善纳米氢氧化镁产品的形貌和性能，生产出不同物性指标的产品，使其比表面积大大减小，粒子之间不易聚集，在非极性树脂中的分散性和相容性得以改进。

2. 纳米化。改善相容性及分散性，同时要求能改善基材的加工性能和物理性能。

3. 新的制备工艺的研究。通过研究，改进现有制备工艺，探索新的制备工艺，制备出针状或纤维状纳米氢氧化镁，提高材料的扭曲强度和延伸率。

4. 纳米氢氧化镁表面改性研究。选择合适的表面改性剂和用量,提高纳米氢氧化镁在材料的分散性、相容性。

5. 微胶囊化。进一步提高分散性及相容性。

参考文献

[1] 刘立华，张建杨，张连瑞，周长山.纳米氢氧化镁阻燃剂的应用现状及前景展望[J].化工科技市场，2006，29(3)：29～31

[2] 汪关才，卢忠远，胡小平，张建华.无机阻燃剂的作用机理及研究现状[J].材料导报，2007，21(2)：47～50

[3] Hornsby P R，Watson C L.1Wlechanism of smoke suppression and fire retardancy in polymers containing magnesium hydroxide filler[J].Plastics and Rubber Processing and Application，1989，11(1):45～51

[4] Jurs J L, Tour J M.Novel flame retardant polyarylethers synthesis and testing[J].Polymer，2003，44(13):3709

[5] 徐传辉，王万勋，陈玉坤，曾能，何慧，贾德民.纳米氢氧化镁阻燃聚合物材料的研究进展[J].绝缘材料，2007，40(1)：32～35

[6] 郭如新.纳米氢氧化镁——一种具有广阔发展前景的化工产品[J]海湖盐化工 1996，26(2)：29～32

[7] 孙永明，刘建兰，俞　斌.新型无机阻燃剂———纳米氢氧化镁[J].化工时刊，2004，18(6):25～26

[8] 闫修川，李召好等.阻燃用纳米氢氧化镁的表面改性研究现状[J].盐湖研究，2005，13(4)：67～71