氢氧化镁的应用实践.doc

氢氧化镁的应用实践随着高分子材料工业的发展，塑料、橡胶、纤维等合成材料越来越广泛地用于建筑、化工、军事及交通等领域。由于高分子材料的易燃性，因此，其阻燃技术受到全球性的关注。随着各国环保意识的增强及阻燃法规的相继颁布，阻燃剂市场发展很快。目前广泛应用的阻燃剂有卤系(主要为氯系和溴系)、磷系(包括卤-磷系)和无机类阻燃剂主要为Mg(OH)2和Al(OH)3。卤系阻燃剂(特别是溴系)、磷系阻燃剂的阻燃效果好，但价格昂贵，且有环保问题，因此使用受到限制。因而高效、抑烟性能强、无毒无害的氢氧化镁和氢氧化铝等无机类阻燃剂越来越受到用户的青睐。1、阻燃剂的发展趋势：阻燃剂的工业化生产和应用，始于60年代的美国，从此，阻燃剂的用量持续增长。美国的阻燃剂用量约为全球的50%，1972年美国用于塑料的阻燃剂为5.4 万吨，至1996年就达25.3万吨，其中无机类阻燃剂，从1972年的1.8万吨增至1996年的13.1万吨，所占市场份额也越来越大。阻燃剂用量增长的原因主要是在这一时期美国颁布了一些阻燃法规，给阻燃剂市场提供了巨大推动力。而无机类阻燃剂市场份额增长的主要原因为：近年来，西方各国由于几起重大火灾、焚烧塑料造成的二次污染、二噁英问题(Dioxin issue)的出现，以及对环境保护的日趋严格，迫使塑料工业转向使用无毒、无公害、抑烟的无机阻燃剂，而占市场份额较大的溴系阻燃剂逐渐受到限制；1997年在美国召开了第八届世界阻燃剂会议，会议指出今后阻燃剂的发展方向集中为高效、低毒、低烟的阻燃剂，会议报告中有相当一部分内容涉及到氢氧化镁阻燃剂和氢氧化铝阻燃剂，这都表明无机类阻燃剂(特别是氢氧化镁和氢氧化铝具有广阔的发展空间。我国阻燃剂的研制虽也起步于60年代中期，但发展较为缓慢。1993年阻燃剂的总产量约为 5万吨，其中无机类仅为0.12万吨。1995年我国市场需求约9万吨。2000年我国约需阻燃剂1112万吨，其中无机类约需1.51.7万吨，将占市场份额的15%以上。无机类阻燃剂主要为氢氧化镁和氢氧化铝。由于氢氧化铝问世早，目前世界上氢氧化铝阻燃剂的消费量达3047.5万吨，而氢氧化镁仅为1.5万吨3。但氢氧化镁阻燃剂的主要性能均优于氢氧化铝阻燃剂，因此它有进一步取代氢氧化铝的趋势。1998年美国工业消耗氢氧化镁阻燃剂为0.5万吨， 2000年以后其年消耗量将超过1.5万吨。1998年韩国进口了大量的氢氧化镁阻燃剂。种种信息表明，氢氧化镁阻燃剂的市场前景看好。2、氢氧化镁阻燃剂的特点：除对环境的影响相当外，氢氧化镁和氢氧化铝相比，在热反应、分解温度、适用的聚合物、阻燃能力、抑烟能力、对酸的稳定性等几方面，氢氧化镁阻燃剂均优于氢氧化铝阻燃剂，也优于传统的卤系、磷系阻燃剂。具体表现在：(1)二者的阻燃机理相似。氢氧化镁和氢氧化铝的热分解过程为：热分解生成的气态水可覆盖火焰，驱逐O2，稀释可燃气体，而且在与火焰接触的塑料表面形成一绝热层，阻止可燃气体的流动，防止火焰的蔓延，这与磷系阻燃剂的炭化作用相似。这两种阻燃剂的分解产物都为无毒物质，产生矿物相，特别是MgO，与酸的中和能力比氢氧化铝强，可较快地中和塑料燃烧过程中产生的酸性及腐蚀性气体(SO2、NO2、CO2等)；(2)氢氧化镁的热分解温度为330C，比氢氧化铝高出100C，因此填加氢氧化镁阻燃剂的塑料能承受更高的加工温度，因为在塑料加工的过程中提高加工温度有利于加快挤塑速度，缩短模塑时间；(3)氢氧化镁的分解能(1.37kJ/g)比氢氧化铝的分解能(1.17kJ/g)高，热容也高17%，这有助于提高阻燃效率；(4)氢氧化镁的炭化作用强，炭化量大，因而提高了阻燃效率，减少了产烟量；(5)氢氧化镁的抑烟能力强于氢氧化铝，在EPDM树脂中，混合填加75%的氢氧化镁阻燃剂和25%的氢氧化铝阻燃剂与填加氢氧化铝单一阻燃剂相比，前者的产烟量明显减少；(6)氢氧化镁粒子的硬度比氢氧化铝小，因此对设备的摩擦小，有利于延长生产设备的寿命；(7)随着生产工艺的改进，以苦卤为原料生产氢氧化镁阻燃剂的技术日臻成熟，其生产成本将大幅度降低。由此，氢氧化镁阻燃剂的优点显而易见，有取代氢氧化铝的趋势。 3、氢氧化镁阻燃剂的应用：目前，氢氧化镁阻燃剂的市场价格较高，而且它在塑料中的加填量较大(一般为4070%)。由此限制了它的应用，仅用于一些特殊要求的塑料工业领域，如用在电线、电缆的包复用树脂中。实例说明如下：在100份LDPE树脂中，加入100份5%油酸钠改性的纤维级氢氧化镁，其各项性能指标见表1。由表1可知，LDPE阻燃材料的各项指标符合EWCZ-6287-15 。在100份LDPE树脂中，加入不同份额的上述纤维级氢氧化镁，结果见表2。从表2可知，氢氧化镁的比例增加，阻燃性能提高，硬度也增加，但其它性能却有所下降，可见氢氧化镁的填加量不宜过多。表2纤维级氢氧化镁的填加量对LDPE树脂的性能的影响(略）图1填加氢氧化镁阻燃剂的量为40%的ABS和PPO树脂与纯ABS、PPO 树脂的生烟性测试(ASTM E662)Ds：比光密度，FR：氢氧化镁阻燃剂纤维级氢氧化镁分别与聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)膜复合造粒，制成FA母料增强树脂，该FA多功能母料具有增强、阻燃、消烟、抗静电、提高热稳定性等多种功能。 4、氢氧化镁阻燃体系的抑烟性能：氢氧化镁的消烟性优于氢氧化铝, 氢氧化镁的填加量达10%时就有明显的消烟作用。对氢氧化镁填加量为9%的聚苯乙烯树脂进行NBS烟箱试验，发现其最大烟密度由2556降至375。图1是填加氢氧化镁的量为40%的ABS和PPO树脂与纯ABS、PPO树脂的生烟性测试(ASTM E662)结果。由图1可看出，填加氢氧化镁后，两种树脂的产烟量都明显下降，而且初始生烟时间显著地推迟，生烟速度也明显降低。对氢氧化镁的填加量为60%的聚酰胺和聚丙烯树脂的燃烧性能进行测试(UL94)，结果表明，它们具有很高的氧指数(OI)，耐火性很强。5、氢氧化镁的用途：氢氧化镁阻燃剂广泛用于PE，PP，PVC，ABS，PS，HIPS，PA，PBT，不饱和聚酯，环氧树脂，橡胶，油漆的阻燃填充剂，化工，环保等工业领域；用于塑料、橡胶等高分子材料的优良阻燃剂和填充剂，在环保方面作为烟道气脱硫剂，可代替烧碱和石灰作为含酸废水的中和剂；用作油品添加剂，起到防腐和脱硫作用；用于电子行业、医药、砂糖的精制；用于保温材料以及制造其它镁盐产品。普通氢氧化镁：应用于橡胶、塑料、油漆、涂料、化工等行业。活性氢氧化镁：活性氢氧化镁