氫氧化鎂/重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合阻燃填料的制備與表征
隨著科技的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，當(dāng)今世界的阻燃劑研究和應(yīng)用正朝無(wú)鹵化的方向發(fā)展。以氫氧化鎂為代表的無(wú)機(jī)阻燃劑,在應(yīng)用時(shí)是依靠化學(xué)分解吸熱以及釋放出水而起阻燃作用的，具有無(wú)毒性、抑制發(fā)煙以及分解產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此不產(chǎn)生二次危害。近年來(lái)氫氧化鎂阻燃劑雖然發(fā)展迅速，但其在實(shí)際應(yīng)用中存在填充量大、與高聚物之間的結(jié)合能力差等缺點(diǎn)，因此需要進(jìn)行表面改性。重質(zhì)碳酸鈣具有純度高，價(jià)格低廉，加工工藝簡(jiǎn)單，在基材中分散性好等特點(diǎn)，作為填料可以提高材料的阻燃性，降低成本。
本文利用氫氧化鈣沉淀法制備出一種氫氧化鎂/重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合阻燃填料，制得的復(fù)合填料兼有良好的力學(xué)性能和阻燃性能。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1原料試劑儀器
實(shí)驗(yàn)所用原料重質(zhì)碳酸鈣由四川巨豐粉體有限公司提供，其主要物化性質(zhì)見(jiàn)表1
表1碳酸鈣主要理化性質(zhì)
| 名稱 | 粒度/μm | CaO/% | 吸油值/(mL/g) | 白度 |
| 重質(zhì)碳酸鈣 | D50=6.34 | 55.16 | 0.35 | 96 |
實(shí)驗(yàn)試劑有硫酸鎂（MgSO4，分析純）和氫氧化鈣（Ca(OH)2，分析純）。
實(shí)驗(yàn)所用儀器有恒溫水浴鍋XTDM-4000（北京市永光明醫(yī)療儀器廠），電子分析天平AL204（METLER TOLEDO公司），打散機(jī)CDE-00E（歐科電氣有限公司），數(shù)顯控溫干燥箱101A-0（上海盛欣科學(xué)儀器有限公司），三口燒瓶1000mL（北京玻璃廠），鐵架臺(tái)（市售），電動(dòng)攪拌器JJ-1（北京永光明醫(yī)療儀器廠），氧指數(shù)測(cè)定儀HC-2（南京市江寧縣分析儀器廠），拉力試驗(yàn)機(jī)XL-100A（廣州市廣材試驗(yàn)儀器有限公司），掃描電子顯微鏡S-3500N（日本日立），能譜儀S-3500N（日本日立）。
1.2實(shí)驗(yàn)方案
取36g硫酸鎂配置成一定濃度的溶液，加入到三口燒瓶中，再加入一定量的碳酸鈣，在水浴鍋中均勻攪拌，按相應(yīng)比例加入氫氧化鈣，在一定溫度下反應(yīng)一段時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后，將混合液進(jìn)行過(guò)濾、干燥、打散從而制得復(fù)合阻燃填料。
1.3樣品表征
取一定量的復(fù)合阻燃填料填充到EVA電纜料中，測(cè)試材料的力學(xué)性能（斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度）和阻燃性能（氧指數(shù)）。
采用掃描電子顯微鏡對(duì)復(fù)合粉體的微觀形貌進(jìn)行觀察，通過(guò)該掃描電鏡自帶的能譜儀分析氫氧化鎂與重質(zhì)碳酸鈣上的復(fù)合情況。
2 結(jié)果與討論
2.1反應(yīng)溫度對(duì)填充EVA復(fù)合材料性能的影響
圖1反應(yīng)溫度對(duì)復(fù)合粉體填充性能的影響
圖 1中可以看出，樣品的拉伸強(qiáng)度隨著反應(yīng)溫度的升高，先增加后降低，在溫度為 85℃時(shí)達(dá)到最大值（8.1MPa），再之后開(kāi)始降低，85℃時(shí)時(shí)拉伸性能最好；樣品的斷裂伸長(zhǎng)率隨著反應(yīng)溫度的升高，呈先增大后減小的趨勢(shì)，在 85℃時(shí)達(dá)到最大值（66.2%）；總體上來(lái)說(shuō)，隨著反應(yīng)溫度的升高，氧指數(shù)不斷增大。在 90℃、95℃時(shí)達(dá)到最大 30.5%，但 80℃和 85℃時(shí)也達(dá)到了 29.5%，與最大值也差別不大，所以 80℃和 85℃時(shí)氧指數(shù)也可取。綜上所述，最佳的反應(yīng)溫度為 85℃。
2.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)填充EVA復(fù)合材料性能的影響
圖2反應(yīng)時(shí)間對(duì)復(fù)合粉體填充性能的影響
從圖2可以看出，樣品的拉伸強(qiáng)度隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，先減小后增加，在溫度為 2h 時(shí)達(dá)到最大值 8.1MPa，再之后開(kāi)始降低；樣品的斷裂伸長(zhǎng)率隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，先減小，在反應(yīng)時(shí)間為 1.5h 時(shí)達(dá)到最小值 53.08%，然后隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，斷裂伸長(zhǎng)率也增加，在 2.5h 時(shí)達(dá)到最大值 79.54%；氧指數(shù)隨著反應(yīng)時(shí)間的增加先呈下降增加趨勢(shì)，在時(shí)間為 1.5h 時(shí)達(dá)到最小值 27.5%，然后隨著時(shí)間的增加，氧指數(shù)有所增加，在 2h 時(shí)達(dá)到最大值 30.5%。雖然斷裂伸長(zhǎng)率在 2.5h 時(shí)最大，但考慮到試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有大量水分蒸發(fā)，不宜長(zhǎng)時(shí)間水浴；反應(yīng)時(shí)間 2h 時(shí)，在該條件下拉伸強(qiáng)度和氧指數(shù)都達(dá)到了最高值；綜合分析，確定最佳反應(yīng)時(shí)間為 2h。
2.3氫氧化鈣用量對(duì)填充EVA復(fù)合材料性能的影響
由圖 3可以看出，樣品的拉伸強(qiáng)度隨著氫氧化鈣用量的增加，呈先增加后減小的趨勢(shì)，在氫氧化鈣用量為 30g 時(shí)達(dá)到最大值（8.1MPa），在氫氧化鈣用量為 24g、36g 時(shí)，拉伸強(qiáng)度分別為 7.46、7.66，和最高點(diǎn) 8.1 相差不大；樣品的斷裂伸長(zhǎng)率隨著氫氧化鈣用量的增加，呈先減小后不斷穩(wěn)定的趨勢(shì)，在氫氧化鈣用量為 24g 時(shí)達(dá)到最大值（74.28%）；氫氧化鈣用量的變化對(duì)樣品的氧指數(shù)影響不大，隨著氫氧化鈣用量的增加，氧指數(shù)先增大，在用量為 30g 時(shí)達(dá)到最高 30.5%，然后隨著用量的增加，氧指數(shù)減小。綜合考慮拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、氧指數(shù)的大小，最終確定當(dāng)硫酸鎂用量為36g時(shí)，氫氧化鈣最佳用量為24g。
圖3氫氧化鈣用量對(duì)復(fù)合粉體填充性能的影響
2.4復(fù)合阻燃填料的掃描電鏡和能譜分析
圖4中顆粒分布稀疏，團(tuán)塊狀物質(zhì)比較少，有一些條狀物、片狀物分布在基體表面上，推測(cè)片狀物為生成的氫氧化鎂，條狀物為碳酸鈣和新生成的硫酸鈣的混合物。
為了證實(shí)這一推測(cè)，進(jìn)一步進(jìn)行EDS能譜分析，圖譜采集區(qū)域在圖5中1,2,3處，采集區(qū)域能譜圖如圖5，6，7所示。
從圖5可以看出，SEM 圖片中區(qū)域1和區(qū)域2中的片狀物，主要組成為 Mg 和 O，并含有少量的 S、Ca。由于復(fù)合材料在反應(yīng)過(guò)程中僅發(fā)生沉淀反應(yīng)。所以復(fù)合材料中除了含有不參與反應(yīng)的 CaCO3之外，還有生成的 CaSO4和 Mg(OH)2。從區(qū)域 1 和區(qū)域 2 中的元素組成可以看出，其主要成份為 Mg(OH)2，而少量的 S、Ca 來(lái)自于基體 CaCO3和生成的微溶物 CaSO4。從圖7可以看出，區(qū)域3中 Mg 的含量很少，其主要成份為 S 和 Ca，說(shuō)明此區(qū)域是 CaCO3和新生成的CaSO4的混合物。從上述分析可以得出，SEM 圖片中的片狀物就是氫氧化鎂晶體，反應(yīng)過(guò)程中所生成的氫氧化鎂能與氫氧化鈣達(dá)到均勻復(fù)合。
3結(jié)論
1）利用氫氧化鈣沉淀法制備復(fù)合無(wú)機(jī)阻燃填料，最優(yōu)工藝條件為：反應(yīng)溫度85℃；反應(yīng)時(shí)間2h；氫氧化鈣用量24g（硫酸鎂質(zhì)量為36g時(shí)）。
2）通過(guò)對(duì)復(fù)合阻燃填料進(jìn)行表征得知在優(yōu)化工藝條件下制得的復(fù)合阻燃填料中，片狀氫氧化鎂粒子能夠與碳酸鈣顆粒均勻復(fù)合。
來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)
