[发明专利]表面处理的水合金属氢氧化物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及表面处理的水合金属氢氧化物和生产该填料的方法及其在无卤阻燃聚烯烃(PO)中的应用，特别涉及到利用表面活化技术提升天然水镁石(Mg(OH)₂)的综合阻燃及加工效果，使之全面或部分替代人工合成的化学法氢氧化镁，降低无卤阻燃聚烯烃材料成本，提高性价比。 

背景技术

聚烯烃价格便宜，广泛应用于汽车、电动工具、家电产品、IT产品、办公用品、日用品、玩具、建材制品、包装材料、农用制品等多个行业和领域。聚烯烃(PO)属于易燃材料。例如，采用普通聚烯烃制作的电线电缆，在高电压、加热、放电等条件下容易引起火灾，而火焰会沿着电线迅速蔓延到整个电线电路。因此，对于聚烯烃类材料来说，阻燃功能显得尤为重要。目前，聚烯烃阻燃材料中普遍以具有优良阻燃性能的含卤聚合物或与含卤阻燃剂组合而成的阻燃混合物为主。但是，这类含卤阻燃材料在发生火灾时会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害。欧、美、日各国家和地区对卤系化合物作了严格限定，使得无卤阻燃剂的应用势在必行。水合金属氢氧化物，主要包括氢氧化镁(Mg(OH)₂)和氢氧化铝(Al(OH)₃)等，是目前研发及应用最活跃的无卤无毒阻燃剂，其具有阻燃、消烟、阻滴、填充等多种功能。但是，水合金属氢氧化物与聚合物的相容性很差。添加到聚合物材料中的水合金属氢氧化物对制品的机械性能和加工性能影响很大，直接影响或限制了这种无机水合物阻燃剂在高分子聚合物中的使用。这主要 

是因为氢氧化镁和氢氧化铝等是极性很强的无机化合物，其晶体表面带有正电荷，是亲水性的。由于电荷的存在，晶粒趋向于二次聚集。这样，它很难分散在亲油性的聚烯烃等聚合物中形成相容体系。由于二次聚集，其分散的均匀性也受到限制。并且，氢氧化镁与聚合材料的热膨胀系数相差较大，在加工成型时，热胀冷缩导致两相界面处易形成微细裂纹。此外，氢氧化镁阻燃剂与高分子聚合材料加工成型后的产品，长时间放置在潮湿空气中，表面裸露的Mg(OH)₂会与空气中的二氧化碳和水发生反应，使得产品产生白斑，失去光泽。如何改善水合金属氢氧化物的表面性能，是水合金属氢氧化物阻燃剂应用的关键(Liauw C M，Lees G C，Hurst S J，et al，Composites Part A，1998，1313-1318；陈晓浪，于杰，郭少云，高分子材料科学与工程，2006，22(5)：170-174；Riva A，Camino G，Fomperie L，et al，Polym Degrad Stab，2003，82：341-346；杜高翔，郑水林，李杨.中国塑料，2004，18(7)，76-79；Chen Xiaolang，YU Jie，Guo Shaoyun，J Appl Polym Sci，2006，1021)。 

对水合金属氢氧化物进行表面改性，是自70年代以来无机阻燃剂研究与开发的课题之一。表面改性又称表面活化，是指为达到特定目的而采取的、使任何固体表面性质发生物理和/或化学变化的各种措施。利用表面活性的有机官能团等与无机粒子进行化学吸附或化学反应，从而使表面活性剂覆盖于粒子表面，是目前最主要的表面改性方法。氢氧化镁阻燃剂常用的表面改性剂是偶联剂和阴离子表面活性剂。由于氢氧化镁粉体表面带有正电荷，可以利用阴离子表面活性剂中的亲水基和亲油基分别与氢氧化镁和聚合物材料发生相互作用，发生化学反应或物理吸附，加强了两者之间的有机联系，提高了氢氧化镁在聚合物材料中的相容性和分散性，从而改善材料的力学性能(王正洲，瞿保钧，表面处理剂在氢氧化镁阻燃聚乙烯体系中的应用[J].功能高分子学报，2001，14(1)：45.48)。 

另外，使用偶联剂对氢氧化镁进行表面活化也是最常用的一种方法。常 用的偶联剂有硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂两大类。例如，日本公开特许昭51-140946介绍了用硅烷偶联剂与硬腊酸钙、油酸镁的混合物对氢氧化镁进行表面处理的方法；昭58-L09546介绍了用钛酸酯偶联剂对氢氧化镁进行处理，并应用于聚丙烯的技术。美国专利4,207,226比较了用多种钛酸酯偶联剂对氢氧化镁处理时粘度的不同以及应用于聚苯乙烯的效果。研究表明(Hornsby PR，Watson C L，J Mater Sci，1995，30：5347-5355)，用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂表面处理的氢氧化镁填充聚丙烯材料，其弯曲模量分别比未改性时提高了100％和70％。 

上述的这些处理方法都各有特点，但遗憾的是，现有的各种商业化表面处理剂，就改性效果而言，应用效果并不十分理想。