聚磷酸铵-氢氧化镁复合阻燃剂的合成与测试

高慧妍，厉安昕，周丽

聚磷酸铵-氢氧化镁复合阻燃剂的合成与测试

高慧妍1，厉安昕1，周丽2

（1. 沈阳科技学院， 辽宁 沈阳 110167； 2. 辽宁中医药大学杏林学院， 辽宁 沈阳 110167）

利用干法改性的工艺对氢氧化镁进行改性处理,先在110 ℃的环境下，将500 g的氢氧化镁进行10 h干燥，将氢氧化镁完全变成粉体以后，再将得到的粉体加入到高速混合机中，然后再将另外一份一定量硬脂酸镁分成两等分，之后按照5 min一次的速度将硬脂酸镁分成两次加入，在高速搅拌机中将Mg(OH)2粉体改性10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h等不同的时间后，取出在这些时间下进行改性后得到的不同的样本。对体系进行氢氧化镁活化指数(H)的测定试验、拉伸强度测试试验、冲击强度测试试验、极限氧指数(LOI)试验、硬脂酸镁改性氢氧化镁正交试验与因素分析、氢氧化镁/聚乙烯共混体系的研究和热分析。

氢氧化镁；聚磷酸铵；合成；性能测试

近年来,随着人们环境保护意识的增强,绿色阻燃涂料对传统阻燃涂料提出了挑战, 特别是含卤系和磷系的阻燃剂[1], 因其在燃烧过程中产生有毒、腐蚀性、遮蔽性等有害气体引起广泛的关注[2]。氢氧化镁作为添加型无机阻燃剂, 且和聚磷酸铵在生产、使用和废弃物产生的过程中均无有害物质排放,对环境不造成污染, 因此是一种环保且价廉的绿色阻燃剂，利用此性质生产性能更优异的复合型阻燃剂迫在眉睫[3-5]。

1 实验部分

1.1 主要原材料

表1 主要原料与药品

1.2 实验方法

1.2.1 改性氢氧化镁的制备

将500 g的Mg(OH)2，先在110 ℃的环境下，进行10 h干燥，即完全变成分粉体以后，再将得到的粉体，加入到高速混合机中，先在300 r/min的高速混合机里面，对其进行预热，使它的温度达到80 ℃，然后，再将另外一份一定量硬脂酸镁分成两等分，然后按照5 min一次的速度将硬脂酸镁分成两次加入，将Mg(OH)2粉体在1 200 r/min的高速混合机里面改性10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h等不同的时间后，取出在这些时间下改性后得到的不同样本，为各项测试做准备。

1.2.2 氢氧化镁/聚乙烯共混体系的制备

将改性处理后的氢氧化镁，按不同质量配比与聚磷酸铵在高速混合机中进行预混，并加入占共混体系总质量为0.5%的抗氧化剂1010，将预混后的粉体与相应质量的聚乙烯混合后并加入适量的白油,将以上物料混匀后在双螺杆挤出机中混合、挤压和制粒,待粒料晾干后将其注塑成相应的标准样条,测试复合材料的阻燃和力学性能。

1.3 性能测试

（1）按照GB/T 1040-2006《塑料拉伸性能试验方法》的规定，测定泡沫的拉伸应力。

（2）按照GB-7045-MD《塑料冲击性能试验方法》的规定，测定泡沫的弯曲应力。

（3）极限氧指数(LOI) 的测定。

（4）Mg(OH)2活化指数(H)的测定。

2 实验结果与讨论

2.1 氢氧化镁表面改性

2.1.1 硬脂酸镁改性氢氧化镁正交试验

表2 硬脂酸镁改性氢氧化镁试验正交试验表

2.1.2 硬脂酸镁改性氢氧化镁各因素影响因素分析

图1 改性温度80℃、不同质量分数时活化指数与改性时间关系图

从这个图1里面就可以看出来，经过了改性的氢氧化镁的活化指数随改性时间的增加而逐渐增大，改性时间在1 h以内时氢氧化镁的活化指数仍在40%以上，说明改性时间在1 h以内时硬脂酸镁就已经对氢氧化镁产生明显的改性作用，改性时间为2～3 h时，氢氧化镁的活化指数随着改性时间的延长呈线性增加，说明该阶段硬脂酸镁与氢氧化镁粒子产生了明显的化学吸附作用而使其活化指数明显增加，改性时间大于3 h以上，氢氧化镁的活化指数显然没有继续增加,改性时间达到3 h时的氢氧化镁硬脂酸镁化学吸附效果已经达到最佳,增加改性时间来实现更大的价值。当硬脂酸镁用量为氢氧化镁质量的6%为最佳。

2.2 氢氧化镁添加量对MH/HDPE共混体系的极限氧指数影响

图2是改性氢氧化镁之前和之后对氧指数的影响。由图2所示, 没有添加氢氧化镁的纯聚乙烯灼减量值是18.6, 它可以很容易地在空中起火燃烧,随着添加量的增加，改性氢氧化镁、氢氧化镁/ PE共混体系的氧指数逐渐增加，因此改性后的氢氧化镁/ PE共混体系比未改性氢氧化镁/ PE共混体系有更好的阻燃性能。

图2 “2.5%硬脂酸镁+0.5%KH570”改性前后氢氧化镁添加量对MH/HDPE共混体系氧指数的影响

2.3 氢氧化镁添加量对MH/HDPE共混体系的拉伸强度影响

表3 改性氢氧化镁添加量对MH/HDPE共混体系拉伸性能的影响

上述情况则说明经过改性氢氧化镁的极限氧指数高达99%，其具有良好的疏水性，而未改性的氢氧化镁则具有亲水性，于是改性后的氢氧化镁与同样具有疏水基团的聚乙烯具有更好的相容性，所以改性氢氧化镁/聚乙烯共混体系能保持相对较高的拉伸强度。

2.4 POE添加量对MH/HDPE共混体系的拉伸强度影响

表4 POE添加量对改性MH/HDPE共混体系的拉伸强度影响

表4表明POE添加量对MH/HDPE共混体系拉伸性能的影响。可以看出，随着POE添加量的增加，氢氧化镁/聚乙烯共混体系的力学性能总体呈下降趋势，相同添加量情况下，改性后氢氧化镁/聚乙烯共混体系的拉伸强度高于未改性氢氧化镁/聚乙烯共混体系。POE作为提高氢氧化镁分散程度的添加剂，在该体系中并没有体现出明显的作用，反而使得力学性能有所下降，说明POE对于该体系并不适用。

3 结 论

（1）采用硬脂酸镁改性氢氧化镁的最优的条件为“质量分数”为6%、改性时间3 h、改性温度80 ℃。

（2）相同添加量情况下，硬脂酸镁改性后氢氧化镁/聚乙烯共混体系的拉伸强度则高于未改性氢氧化镁/聚乙烯共混体系。

（3）研究了POE添加量对MH/HDPE共混体系的拉伸强度的影响，发现POE作为提高氢氧化镁分散程度的添加剂，在该体系中并没有体现出明显的作用，反而使得力学性能有所下降，说明POE对于该体系并不适用。

（4）研究了氢氧化镁添加量对MH/HDPE共混体系的极限氧指数(LOI)的影响，发现随着改性氢氧化镁添加量的增加，氢氧化镁/聚乙烯共混体系的LOI值逐渐增大，即修改后的氢氧化镁/ PE共混体系比未改性氢氧化镁/ PE共混体系有更好的阻燃性能。

［1］贡长生,朱丽君.磷系阻燃剂的合成和应用[J].化工技术经济,2002，2(4):9-13.

［2］杨海洋,肖鹏,胡柄环.无卤阻燃剂的研究进展[J].塑料工业,2006，34(5):69-72.

［3］欧育湘,李建军,阻燃剂一性能、制造及应用[M].北京:化学工业出版社，2006.

［4］崔隽,姜洪雷.阻燃剂的现状与发展趋势[J].山东轻工业学院学报,2003,17(1):14-17.

［5］张晓慧.国外聚合物阻燃技术进展[J].江汉人学学报,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，硕士，辽宁省沈阳市人，2014年毕业于沈阳工业大学材料物理与化学专业专业，研究方向：精细化工。

TQ 630

A

1004-0935（2017）07-0642-03