聚乙烯基复合材料无机阻燃研究进展

2020-01-12于佳源包兴涛毛嘉宝

化工设计通讯 2020年1期

于佳源，孙安，包兴涛，毛嘉宝

（无锡工艺职业技术学院，江苏宜兴 214200）

典型的热塑性高分子材料聚乙烯（PE）是通过乙烯聚合制成，聚合度和大分子链结构的不同，导致聚乙烯性能的差异。聚乙烯具有非常好的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能，同时，其具有来源广、价格低、质量轻等优点，广泛应用于化工、电器、军工、通信、机械和交通等各行各业。聚乙烯已经成为国民经济中重要的化工产品之一。

但聚乙烯极限氧指数在17%左右，属于易燃材料，在高温的条件会融化、分解、甚至燃烧，燃烧时还会产生大量的熔滴，造成传播，引发更大的火灾。聚乙烯的阻燃改性，不光关乎经济发展，而且从安全角度考量，都是重中之重，同时由于ROSH2.0的限制要求，聚烯烃材料的阻燃改性，要求无卤、不含重金属等。因此高效的无卤阻燃剂、复配体系和改性工艺大量出现，已成为重点研究领域之一。本文综述了目前常用的无机阻燃体系：Mg（OH）2体系、Al（OH）3体系、Sb2O3体系。

1 Mg（OH）2体系

氢氧化镁是一种环境友好型无机阻燃剂，具有安全、环保、阻燃、隔烟的等特点，被广泛应用于材料阻燃领域。但是，氢氧化镁阻燃的效率比较低，需要向改性体系中大量添加才能达到阻燃要求，添加量要大于50%，这么高的添加量会影响材料的力学性能和加工性能等。需要对氢氧化镁进行改性，降低填充量，降低对材料力学等性能的影响。

于华年等研究了氢氧化镁粒径对LLDPE体系加工流动性能、力学性能和阻燃性能的影响。结果表明，当添加量相同时，氢氧化镁粒径为12500目时的熔融指数大于粒径为4000目时的熔融指数，说明小粒径时体系的加工性能更好；当添加量达到70%，12500目MH/LLDPE体系极限氧指数为31.4%，同时兼具较好的加工性能和力学性能。

张红霞等研究了表面改性后的氢氧化镁阻燃效果。通过硬脂酸钠（NaSt）和聚乙二醇（PEG）复合改性氢氧化镁（MH），测试体系阻燃性能和力学性能。结果表明，当NaSt和PEG质量比为3∶1时，在80℃条件下，经过1h的改性时间，MH的表面活性达到最佳效果，此时活化指数为97.7%，接触角为135°，表现出亲油疏水性。当经过改性的MH的添加量为30%时，体系的拉伸强度为12.3MPa，比纯PE-HD的拉伸强度略有降低，但极限氧指数达到24.6%。

2 Al（OH）3体系

氢氧化铝也是一种常用的无机环保型阻燃剂，它与氢氧化镁类似，都具有填充、阻燃和抑烟的作用，但要达到理想的阻燃效果，需要大量的填充，会影响体系的整体性能。所以氢氧化铝作为阻燃剂使用，也是需要改性或复配，降低添加量，增加效率。

高洁等研究高密度聚乙烯（HDPE）的阻燃性能，采用共沉淀法，制备十二烷基三甲基溴化铵有机改性的Mg-Fe-LDH。通过熔融共混法制备HDPE/Mg-Fe-LDH，以氢氧化铝（ATH）作为协效阻燃剂，研究HDPE复合体系的阻燃性能。结果表明，当ATH 和Mg-Fe-LDH添加量达到40%，且ATH和Mg-Fe-LDH的质量比为38∶2时，复合体系阻燃性能达到最佳。ATH和Mg-Fe-LDH阻燃剂具有较佳的协效阻燃效果。

韩黎刚等研究了富勒烯（C60）和氢氧化铝（ATH）经硅烷偶联剂KH-550表面改性处理，对HDPE复合体系阻燃性能的影响。结果表明，当用ATH单独阻燃HDPE，ATH添加量为160pHr时，HDPE/ATH体系才能达到UL-94垂直燃烧V-0级别；当加入1pHrC60后，ATH的添加量降低为120pHr即达到UL-94垂直燃烧V-0级别，阻燃剂用量显著降低，减少对材料力学性能和加工性能带来的影响。同时，改性C60的加入可以有效延长材料的点燃时间、最大热释放速率对应的时间和氧化诱导期，降低最大热释放速率。

3 Sb2O3体系

三氧化二锑作为阻燃剂一般与卤系阻燃剂复配使用，一般三氧化二锑粒径越小，阻燃效果越好，添加量也少。

李曼等以十溴二苯乙烷（DBDPE）/三氧化二锑（Sb2O3）/偶联剂钛酸酯表面改性赤泥（Ti-MRM）为阻燃剂，制备了阻燃低密度聚乙烯复合材料。结果表明，当LDPE为84phr，DBDPE为10.50phr，Sb2O3为3.50phr，Ti-MRM为2phr时，LDPE复合体系的极限氧指数为30.4%，UL-94垂直燃烧达到V-0级别。

刘玮等以钛酸酯改性钠基膨润土（Na-MMT）/三氧化二锑（Sb2O3）/十溴二苯乙烷（DBDPE）为复配阻燃体系，制备了LDPE体系。结果表明，当LDPE为76phr，Sb2O3为4phr，DBDPE为12phr，改性Na-MMT为8phr，LDPE复合体系UL-94垂直燃烧达到V-0级别，极限氧指数为33.8%。