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正确使用氢氧化镁阻燃剂分析卤系阻燃剂的原理及特点

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2014-4-24 21:52:52
 

    氢氧化镁在340℃~490℃之间分解,吸热量为187cal/g。氢氧化镁的起始分解温度比水合氧化铝高得多,热稳定性好,具有良好的阻燃及消烟效果,特别适宜于加工温度较高的聚烯烃塑料。

  Mg(OH)2的耐酸性差,在酸中会急速溶解,也容易受乳酸所影响而使制品表面留下指纹。为克服Mg(OH)2分散性、相容性差的缺点,需开发相容性好的新品种。可采用改善结晶粒径及凝集性能的方法,也可采用不饱和高级脂肪酸、饱和脂肪酸及热传导性优异的组分进行表面处理的方法。如NortonThiokal公司开发了微粒型Mg(OH)2;美国Ventron产品公司开发了低粉尘,有6种表面处理级、颗粒度1μm~2μm的细颗粒级Mg(OH)2;Calgon公司的Mg(OH)2有标准级和细颗粒级两种。有一种纤维状Mg(OH)2,其直径为0.1μm~0.5μm,长10μm~50μm,具有抗冲击强度高、伸长率大、制品的外观和透明性好,对成型机械的磨损小等特点。

  Mg(OH)2用于PP时(添加量大于50%)具有良好的阻燃效果,将Mg(OH)2用于PE时,其阻燃效果优于Al(OH)3。这是因为氢氧化镁在燃烧时不仅仅进行脱水反应,还对聚合物有一定的碳化作用[16],形成一个保护层,起到阻燃作用。在相同的填充量下,不同的氢氧化铝、氢氧化镁配比其阻燃效果差别不明显,但两种复合使用比单独使用效果要好,因为虽都是脱水反应,但在分解温度和吸热量上有差别。氢氧化镁需在更高的温度下才脱水,并同时有碳化效果。而氢氧化镁的吸热量相对小些,因其抑制材料温度上升的效果不如氢氧化铝,两者复合使用则能相互补充,其阻燃性能比单独使用效果要好。氢氧化镁具有较好的抑烟效果,含Mg(OH)2的PP试样的发烟开始时间明显延迟,其最大发烟量及4分钟后的发烟量要比卤化物/Sb2O3的PP试样低得多。因此,在适当添加量的条件下,Mg(OH)2是PP的高效消烟填料。

  卤系阻燃剂主要是通过气相阻燃发挥作用,气相阻燃是指在气相中发挥阻燃作用。比如,1、阻燃剂受热产生能捕获燃烧反应链增长的自由基;2、阻燃剂受热生成能促进自由基结合的细微粒子;3、阻燃剂受热分解能释放出大量稀释可燃气体并降低可燃气体温度的惰性气体;4、阻燃剂受热释出可以覆盖可燃气体的高密度蒸汽。含卤化合物是典型的气相阻燃剂,它们既能抑制气相中的链式反应,又能分解产物来稀释可燃介质的浓度,还具有覆盖的作用。

  研究阻燃的过程中,了解各阻燃剂的阻燃机理是非常有必要。其实干扰支持燃烧的三要素(热、可燃物、氧)之一,都可以起到阻燃的效果,根据影响燃烧的主要区域,阻燃机理可分成凝聚相阻燃和气相阻燃,前者有助于材料炭化,后者则主要是减缓火焰中的链式氧化反应。

  下面让我们通过化学反应式来具体的了解一下:
  材料阻燃时会产生与大气中的氧结合的物质,形成系统,并通过下述链支化反应进行传播。  

  但是主要的放热反应是 为了减弱或终止燃烧,应阻止上述链支化反应。卤素阻燃剂的阻燃效应,首先就是通过在气相中抑制链支化反应实现的。如果卤素阻燃剂中不含氢,通常是先在受热时分解出卤原子;如果含有氢,则通常是先热分解出卤化氢。

  卤系阻燃剂的效率与C-X键的强度有关,C-I键的强度过低,故碘化合物不稳定,不能作为阻燃剂使用。而氟衍生物则十分稳定,因而不利于猝灭火焰中的自由基。此外,脂肪族卤素衍生物的键强度和稳定性均较低,它们易于分解,在较低的温度下即可生成HX分子,故其阻燃作用比相应的芳香族衍生物高。溴系阻燃剂的阻燃效率高于氯系的主要原因也是因为碳-溴键的键能较低,可在燃烧过程中更适时地生成溴自由基及溴化氢。同时,氯化氢虽可在更大温度范围内生成,而在火焰前沿的浓度则较低。对一些挥发性较高的阻燃剂,可能在它们分解前即会气化而给火焰提供卤素。

  其实,经过实践发现,用NH4Br阻燃PP时,其阻燃效果特别好,单位溴产生的氧指数,可达到LO/Br%(质量)比高达1.24。

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