2018-10-30 15:25:00 来源:互联网

【新品推介】绿色环保型阻燃剂--超细氢氧化镁

  阻燃剂是一类能够提高易燃或可燃物的难燃性、自熄性或消烟性的一种助剂,随着高分子材料应用领域的不断拓展,阻燃技术也日益引起人们的重视。一般而言,阻燃剂可分为有机类和无机类,在塑料工业中,无机阻燃剂因具有热稳定性好、不挥发、不析出、不产生腐蚀性有毒性气体等优点,近年来发展迅速。在无机阻燃剂当中,氢氧化镁具有阻燃、消烟、防滴、填充等多重功能,是近年来开发的一种热门无机阻燃剂。

  氢氧化镁的分类

  氢氧化镁按生产方式来分,可分为机械研磨法(也即我们常说的水镁石)和化学合成法,其中机械研磨法的生产能力为30-50万吨,主要集中在辽宁一带。化学合成法又可分为水热法、沉淀法、氧化镁水化法等。氢氧化镁阻燃剂主要应用于各类橡胶和塑料领域,其中用量最大的还是机械研磨法制备的超细氢氧化镁。

  超细氢氧化镁是由天然水镁石矿物经超细粉碎,并进行一定的表面处理制作的一类无机阻燃剂。由水镁石生产的氢氧化镁阻燃剂,源头采用天然矿物,加工全过程基本上是零排放,可以说从源头到产品都符合绿色化要求,均无毒无害,为环境友好型阻燃剂,因此被誉为“绿色环保型阻燃剂”,具有巨大的市场应用前景。

  水镁石简介

  水镁石的主要成分为氢氧化镁,是自然界中含镁较高的矿物之一,理论组成为:MgO 69.12%、H2O 30.88%。水镁石属于三方晶系,常见片状集合体,有时成纤维状集合体,其解理面为珍珠光泽,硬度2.5,比重2.3~2.6g/cm³。

  图1.辽宁凤城水镁石原矿

  我国是镁资源大国,氢氧化镁阻燃剂具有得天独厚的资源优势和良好的市场前景。据统计,水镁石全国储量约为2500万吨,其中:辽宁省凤城、宽甸水镁石矿藏储量1000万吨,是目前世界上发现的最大的水镁石矿;陕西黑木林(储量约780万吨),吉林集安(储量大于200万吨);另外,河南西峡、青海祁连山、四川尖石包等地也发现水镁石矿床。

图2:海城新广源粉体材料有限公司

  氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理

  无机阻燃剂一般都是在气相或凝聚相发挥阻燃作用。对于超细氢氧化镁阻燃剂,其阻燃机理可归纳如下:

  1)冷却效应。氢氧化镁在受热时会分解,吸收大量的潜热,由此降低聚合物表面的实际温度,减慢聚合物裂解速度,减少可燃物的产生;

  2)稀释效应。氢氧化镁在受热燃烧的同时释放出大量的水蒸气,水蒸气属于非可燃性气体,可起到稀释可燃性气体和表面氧气的作用,从而使得燃烧不能继续进行,起到气相阻燃的效果。与此同时,氢氧化镁阻燃剂在聚合物中体系中的填充量都较大,在一定程度上也可稀释固相中可燃物的浓度,从而提高制品的阻燃性;

  3)隔绝效应。氢氧化镁受热后分解生成一层氧化镁致密层,氧化镁是一类绝佳的耐火材料,覆盖于高聚物表面能提高高聚物抵抗火焰的能力,起到隔绝空气阻止燃烧的目的。而分解后的氧化镁也有利于聚合物表面成碳,碳层也是一类优良的隔绝层;

  4)抑烟效应。氢氧化镁的阻燃作用主要发生在固体降解区外层,对固体降解区和预燃区的作用很小,这就使得可燃物质的燃烧不受影响,故产生的烟雾也相对较少。而氢氧化镁外层燃烧所释放的烟雾也会被分解时产生的水蒸气稀释或吸收,故而起到较好的消烟作用。

  综上可知,氢氧化镁是一类添加型的高效阻燃剂,具有阻燃、消烟、防滴、填充等多重功能,不仅可以中和燃烧过程中产生的酸性腐蚀气体,还不排放有害物质,是一种绿色环保型阻燃剂。

  超细氢氧化镁阻燃剂的优势

  由于氢氧化镁热稳定性好,不产生腐蚀性气体、不挥发、效果持久、没有毒性、价格低廉。同时与氢氧化铝比,它热分解温度高,在阻燃机理、分解能力、热容、炭化作用、抑烟能力、硬度、生产成本等方面都具有明显的优势。具体而言:

  a) 氢氧化镁的分解能(1137 kJ/g)比氢氧化铝的分解能(1117 kJ/g)高,且热容也高7%,这有助于提高阻燃效率;

  b) 氢氧化镁硬度比氢氧化铝低,加工时对设备的磨损较小,可延长设备的使用寿命;

  c) 氢氧化镁的热稳定性优于氢氧化铝。氢氧化镁分解温度较高,约340℃;而氢氧化铝的分解温度为220℃,因而氢氧化镁能承受更高的加工温度,利于加快挤塑速度,尤其适合于加工温度较高的聚合物。

  d) 氢氧化镁是一种添加型高效抑烟阻燃剂,与氢氧化铝等同类无机阻燃剂相比,具有更好的抑烟效果;

  e)实验研究表明,氢氧化镁在促进聚合物表面成碳的效果上优于氢氧化铝,因而阻燃效果优于氢氧化铝。

  随着环保呼声的日益高涨,世界阻燃剂开发领域呈现出非卤化和低烟化的趋势,使得以氢氧化镁主体的无机阻燃剂消费量迅速上升。广源化工作为国内大型无机非金属粉体龙头企业,准确把握市场需求,在国内知名阻燃专家--中山大学博士冯才敏教授的指导下,由公司技术总监牵头,抽调技术骨干组成专项研发小组,历时10个月,精选辽宁凤城高品质水镁石原矿,采用先进的加工工艺,现正式推出三款超细氢氧化镁产品。

  图3.广源化工新产品超细氢氧化镁

  氢氧化镁阻燃剂的应用

  氢氧化镁作为一类绿色环保型阻燃剂,广泛应用于聚氯乙烯、聚乙烯、三元乙丙橡胶及不饱和聚酯中,是煤矿用输送带、通风管道、电线电缆护套、阻燃铝塑板、阻燃塑胶地板和防火涂料的低烟无卤阻燃剂、抑烟剂、填充剂。

图4. 氢氧化镁阻燃剂的应用

  1)电线电缆(PVC)

  我国是PVC线缆大国,其中,阻燃线缆约占线缆产品的60%。PVC燃烧时会分解,并伴随有毒氯化氢和其他酸性气体散发,可能引起重大的人员伤亡,而氢氧化镁阻燃剂被用来填充聚氯乙烯,可吸附有毒气体。加入氢氧化镁后,制品体系的氧指数上升,而燃烧速度和发烟量明显下降,赋予制品阻燃、消烟和耐高温等优越功能。此外,还可使复合材料的机械性能、加工性能及电气特性等多种性能得到改善。

  2)管材&型材(聚丙烯)

  由于聚丙烯聚合物的可燃性,通常在阻燃级聚丙烯的配方中添加高效的阻燃剂,同时,聚丙烯的加工温度通常要超过200℃,氢氧化镁阻燃剂可以完全媲美,是加工该类产品的最好选择。通过选择合适的氢氧化镁阻燃剂,不仅可改善制品的弯曲强度和弯曲模量,提高制品的耐热性,还可满足阻燃要求。

  3)聚烯烃化合物(HFFR)

  聚烯烃化合物正在逐渐取代基于PVC的化合物,并且在对烟雾和毒气排放要求严格的地区得到了广泛使用,尤其是地下管道,公共场所,绝缘电线电缆等领域。这些材料是在高温下进行加工生产的,加工温度达到300℃。因此,很多聚烯烃生产商都是基于氢氧化镁阻燃剂从而生产出密实的最终产品的。氢氧化镁可改善制品的加工性能、机械力学性能优异、热稳定性高。

  4)交联聚乙烯(XLPE)

  在很多绝缘和管道领域,交联聚乙烯都被认为是很好的材料,这种材料在加工过程中的高温使得氢氧化镁成为阻燃剂的首选,而且氢氧化镁可改善制品热稳定性,提高表面光泽度和光亮度。

  5)橡胶

  橡胶产品,包括采矿业使用的传送带和公共设施中的软管等。单纯的橡胶是非常易燃的物质,因此所有橡胶产品的配方都必须包含阻燃剂,一些氯丁橡胶由于在燃烧时候可能释放出大量氯化氢气体,从而使火灾变得更加危险。氢氧化镁可吸附有毒气体,并起到很好的抑烟效果,赋予其优异的阻燃性。

  6)硅胶

  硅胶被应用于密封、垫片、电子和电器用电缆等产品。但硅胶的高度可燃性使其必须添加阻燃成份,氢氧化镁阻燃剂是这方面最合适的产品。

  7)地板&墙板

  现在市场上普遍的墙板和地板一般都是基于聚氯乙烯或是聚乙烯基材的。为营造安全的居家环境,一般在以PVC为基体的地板材料里添加阻燃剂,氢氧化镁阻燃剂可以有效地减少烟雾并吸收酸性气体。而墙板的垂直特性,很容易使其形成垂直燃烧,再加上基体是聚乙烯聚合物,就更加需要采用氢氧化镁阻燃剂来阻燃。氢氧化镁可提高制品的光泽度和硬度,改善制品的耐热性和阻燃性。

  8)防火涂料

  氢氧化镁的热分解脱水温度介于420~520℃之间,该温度与有机物的燃烧温度接近,因此可用作防火涂料的阻燃剂。当填加入到防火涂料中时,在受火甚至在持续的火焰作用下,氢氧化镁不会分解成为气体化合物而烧失,它的稳定性高,可以起到经久耐燃的作用,从而使防火涂料具有高效隔热防火性能。

  9)覆铜板

  氢氧化镁在覆铜板的应用中可满足制品的高耐热性要求,赋予制品优良的电气绝缘性能,并使其与树脂的相容性更好,对于提高覆铜板的表面和力学性能有明显的效果。氢氧化阻燃效率高,抑烟能力强、硬度小,对设备摩擦小,有助于延长设备寿命。

  10)电气零部件(聚酰胺)

  大部分的绝缘体、开关、插头和插座都必须达到最严格的防火标准。在聚酰胺制品配方中,氢氧化镁的加入可改善制品的加工流动性,优良的外观,赋予其良好的电气和物理性能以及优异的热稳定性。

  11)其他应用

  氢氧化镁在胶黏剂中常用作添加型阻燃剂或阻燃填料,并可应用于制造镁盐、活性氧化镁、精细陶瓷、保温材料、砂糖精制、烟道气脱硫剂、油品防腐添加剂、废水中和剂等。

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