球形氢氧化镁的合成改性及其在EVA中的阻燃应用

　　河北镁熙生物有限公司表示，氢氧化镁(MH)因其同时具有阻燃、抑烟、良好的热稳定性及环境友好等多重优点，成为世界各国重点研究的一种无机无卤阻燃剂。但目前氢氧化镁由于自身阻燃效率低，其在阻燃应用中添加量大，导致高分子材料的机械性能骤降。改善氢氧化镁的表面性质，从而提高氢氧化镁与高分子材料的相容性，减少氢氧化镁的添加量，成为目前国内外的研究热点。

　　本文采用反向沉淀法制备了花状球形氢氧化镁微球，并利用9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KH560)作为磷源和硅源对氢氧化镁进行表面磷硅改性，在改善氢氧化镁在高分子基体中分散性的同时，提高材料的阻燃性能。

　　本文主要分为以下三部分:

　　第一部分:采用反向沉淀法，以七水合硫酸镁和氨水为原料，合成了具有花状球形的氢氧化镁。同时分别探索了反应物起始浓度、搅拌时间、陈化时间、反应温度和滴加速度对氢氧化镁形貌和粒径的影响。采用扫描电镜(SEM)表征了合成氢氧化镁的形貌和粒径，X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)表征了其分子结构。

　　结果表明，合成氢氧化镁的最佳条件是氨水浓度为5wt%，硫酸镁浓度为1mol/L，温度为20oC，搅拌时间为10min，陈化时间为1h，滴加速度为3mL/min。随着反应物起始浓度的增加，氢氧化镁的形貌由类球形变成规则的球形，浓度继续增加球形轮廓变模糊，而粒径则随着反应物浓度的增加先变小后增大;搅拌时间增长，氢氧化镁的形貌变规则，粒径也随之减小;一定的陈化时间有利于氢氧化镁由亚稳态结构向稳态结构转变;反应温度过低、过高都不利于氢氧化镁球形的生长;滴加速度越慢，氢氧化镁的形貌越规则，粒径越小。氢氧化镁微球的粒径总体呈现先减小后增大的规律，最小可达500nm，但由于团聚，部分微球粒径大约在1-3μm之间。

　　第二部分:以DOPO和KH560为原料，通过接枝反应合成了磷硅改性氢氧化镁(MHDK)。采用FTIR、XRD表征了其化学结构，FTIR结果显示MHDK出现P-Ar、P-O-Ph、Si-O-Mg、基团峰，同时-OH的数量大大减少。XRD数据显示MHDK没有改变氢氧化镁的晶型结构，DOPO和KH560仅仅是接枝于氢氧化镁表面，接触角实验表明MHDK的接触角由8.31o增加到35.96o，疏水性有了一定的提高。热重分析表明改性后的氢氧化镁热稳定性能有了一定的提高，通过残余率可计算MHDK的接枝量约为3%。MHDK的起始分解温度相对于MH提高了20oC。

　　第三部分:将改性前后的氢氧化镁添加到EVA中，制备了MH/EVA及MHDK/EVA复合材料。极限氧指数(LOI)实验表明MHDK能显著提高材料的阻燃性能，50wt%添加量的材料的极限氧指数从28%提高到29.2%，热重分析表明MHDK的加入使材料的热稳定性提高，50wt%MHDK添加量的材料的起始热分解温度提高了25oC，残炭率增加1.4%。对材料的残炭进行了FTIR、SEM分析，结果表明燃烧后的残炭表面残留P、Si元素，残炭中的含磷物质促进材料成炭。同时由于MHDK的增加，残炭内部出现大量孔洞，外部光滑平整无裂痕，且残炭厚度增加，起到了隔热、抑制有害气体溢出的作用。拉伸测试实验结果显示MHDK/EVA复合材料比MH/EVA复合材料的拉伸强度和伸长率增高，表明MHDK与EVA材料的相容性有所增加。MHDK的表面极性有一定的改善，加入MHDK的材料阻燃性能提高，极限氧指数比添加MH的材料提高了1%。同时，MHDK与材料的相容性提高，提高了材料的力学性能。