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阻燃礦物材料的制備路線 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-12-26 10:01:18 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/遠志)阻燃礦物材料的具體制備路線和設備如下:
1、阻燃礦物材料的超細化制備
阻燃礦物材料的超細化制備方法分為物理方法和化學方法兩種:
1.1物理方法
物理方法也稱機械方法,是指粉體自身通過機械加工成超細粉體的方法。目前常用的機械設備有:氣流磨(又稱氣流粉碎機)、機械沖擊式超細磨機、攪拌研磨機、振動磨等。這些設備制備超細粉體阻燃劑的原理是使給料粉體經過擠壓、擠壓一剪切或沖擊作用下完成的。如十溴聯苯醚(Br含量83%,分解溫度345℃)與三氧化二銻并用,在PP中添加8~10質量份時,阻燃級別達不到UL94 V-0級。但是當十溴聯苯醚與經超細粉碎成1~5μm的三氧化二銻并用時,添加量只需5~6質量份,就能達到上述阻燃級別。一種商品名為Versamayg UF的Mg(OH)2,是70%粒度小于2μm,所有粒子都小于10μm的一種超細粉末。在PVC和橡膠中,用該種微細Mg(OH)2代替30~50質量份的ATH,可以有效改善聚合物材料的抑煙性和氧指數。除此之外,沉淀Mg(OH)2、Magnifin系列超細Mg(OH)2等也都在聚合物材料中得到應用。
粒徑為0.5~3μm的硼酸鋅用于纖維可改善材料加工性。該超細硼酸鋅與ATH并用可用做高溫成炭阻燃劑,若與鎂化合物并用,則在電線、電纜包覆層中應用。
機械粉碎方法雖能達到超細粉體阻燃劑的粒度要求,但有時會使阻燃劑粉料的微觀結構如晶體結構等受到破壞,導致分散性差,在混合加工時產生重新聚集成團,影響阻燃效果。為此,可對超細化粉體進行表面處理克服這一缺點。
1.2化學方法
化學方法又稱物理化學方法,這種方法是將固體粉末狀的阻燃劑與分散劑等物質采用膠體磨或砂磨機制成粒度為小于2~20μm范圍的超細粉體。其原理是物料經剪切摩擦粉碎(研磨)完成的。例如粒度為0.03μm的五氧化二銻的阻燃效果比Sb2O3好。
阻燃礦物材料的超細粉體制備方法還有很多種,如液相沉淀法、噴霧熱分解合成等,在工程上應用尚需進一步研究和完善。
2、阻燃礦物材料的微膠囊制備
阻燃礦物材料常用的微膠囊的制備方法有聚合反應法、相分離法、物理及機械法三種。
2.1聚合反應法
根據微膠囊化時制備殼體材料的原料以及聚合方式的不同,可將聚合反應法制備微膠囊的工藝再分為原位聚合法、界面聚合法和懸浮交聯法三種。其中原位聚合法和界面聚合法是以單體為原料,利用合成高分子材料作殼材料的方法,這兩種方法具有工藝簡單、殼材料選擇面廣、可獲得多種具有不同性能的殼材料的優點。
(1)原位聚合法
原位聚合法是將反應性單體與引發劑全部加入到芯材料液滴或全部加入到懸浮介質中,也就是單體全部位于芯材料液滴的內部或者外部。在微膠囊化體系中,單體在單一相中是可溶的,而聚合物在整個體系中是不溶的,所以聚合反應可在芯材料液滴表面上發生,并進一步使單體變成分予量較低的預聚體,經成長而沉積在芯材料物質的表面。隨著聚合反應的不斷進行,最終形成固體的膠囊外殼,這種聚合物薄膜均勻地覆蓋芯材料全部表面。一些粉體阻燃礦物材料的微膠囊化處理,常采用此類方法。
(2)界面聚合法
界面聚合法又稱界面縮聚法。它主要用于包裹溶液體系,也就是先將芯材料乳化或分散在一個溶有殼材料的連續相中,然后在芯材料的表面上通過單體聚合反應而形成微膠囊。參加聚合反應的單體至少要有兩種,一類是油溶性的單體,另一類是水溶性的單體。它們分別位于芯材料液滴的內部和外部,并在芯材料液滴的表面進行反應,形成聚合物薄膜殼,再將微膠囊從液相中分離出來。
(3)懸浮交聯法
這種方法與上述兩種方法不同,它不是以單體為原料,而是以聚合物為原料,也就是先將線形聚合物溶解形成溶液,再將該溶液加入與聚合物不相容的懸浮介質中,使兩相混合,在混合均勻體系穩定的條件下,加入交聯劑,使聚合物液滴交聯固化成膠囊殼。
2.2相分離法
相分離法也稱為物理化學方法。相分離過程也稱為凝聚過程。依據制備介質的不同,相分離法可分為水相相分離法和油相相分離法。該方法適用于與水可混溶或與水不可混溶的固體或液體的微膠囊化,也就是將某一種可溶的聚合物分散到不會溶解阻燃劑的溶劑體系中,然后再加入一種能與溶劑體系混合,卻不能溶解聚合物與阻燃劑的液體,經化學交聯或非溶劑沉析而固化,形成膠囊殼。如果這種由相分離生成的聚合物濃溶液微小液滴(凝膠層)在阻燃劑粒子表面成膜是在水溶液介質中進行,那么根據被分離出來的聚合物凝聚情況,又分為單凝聚法和復凝聚法。其中,單凝聚是由凝聚劑引起的只含一種高分子聚合物的相分離;而復凝聚劑則為含有兩種以上高分子凝聚的相分離。由此可知,水相相分離法適用于與水不混溶或不溶的固體包覆膠囊化。
2.3物理及機械法
阻燃礦物材料的物理機械制備法主要是通過微膠囊殼材料的物理變化,采用一定的機械加工手段進行微膠囊化。常采用的方法有溶劑蒸發或溶液萃取、噴霧干燥法、熔化分散冷凝法、流化床法等。
3、阻燃礦物材料的表面改性
阻燃礦物材料的表面改性方法有:表面化學改性法、機械化學法、高能表面改性法和沉淀反應法等。
3.1表面化學改性法
表面化學改性法是通過偶聯劑、表面活性劑、不飽和有機酸等對阻燃礦物材料表面進行化學改性處理的方法。由于表面改性劑種類繁多,因此選擇的范圍較大。具體選用時要綜合考慮阻燃礦物材料的表面性質,改性后產品的質量要求,應用場合及表面改性工藝,加工成本等因素。
通常,改性的工藝方法分干、濕兩種方法。干法工藝所需設備有:高速加熱混合機(或捏合機)、流態化床、連續式粉體表面改性機、渦流磨等。濕法則是在溶液中采用反應釜(罐)經改性處理后,再進行過濾和干燥脫水。
3.2機械化學法
機械化學法是利用一些超細粉碎設備,使填料受強烈機械作用、激活粉體表面來與聚合物的相互作用,新生表面生成的自由基或離子可以引發苯乙烯、烯烴類進行聚合,形成聚合物接枝填料。常見的超細粉碎設備有球磨機、氣流粉碎機等。研究表明,相同條件下干式超細粉碎較濕式機械激活作用比較強烈。而且,在機械粉碎的過程中,加入某些添加劑有助于表面吸附,降低體系的黏度和減輕顆粒間的團聚。
3.3高能表面改性法
高能表面改性法是指利用紫外線、電暈放電、紅外線、等離子體照射等方法對阻燃礦物材料進行表面改性的方法。如用ArC3 H6低溫等離子處理碳酸鈣,可改善碳酸鈣與PP的界面黏結性。這是因為處理的碳酸鈣離子表面存在有一層非極性有機界面層,降低了碳酸鈣的極性,提高與PP的相容性導致的結果。
3.4沉淀反應法
沉淀反應法多用于顏料的表面改性,一般采用濕法工藝進行。
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