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蒙脫石、凹凸棒石用作阻燃材料的研究進展 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-07-17 10:57:42 瀏覽次數: |
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1、蒙脫石阻燃材料
蒙脫石是具有天然層狀納米結構的礦物,理論化學式為(1/2Ca,Na)0.7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4。從蒙脫石的結構和成分可知,天然納米結構的蒙脫石片層解離后比表面積非常大,具有阻燃所需的優異的阻隔性能和豐富的吸附水、結構水。蒙脫石雖然富存于膨潤土中,但是天然產出的膨潤土中蒙脫石質量分數多為40%~70%,一般需進行提純處理。
膨潤土的有效提純工藝是濕法工藝,需要解決分離、干燥、二次打散等問題,造成加工后的產品成本較高,使得大量應用受到了限制。作為阻燃劑的蒙脫石可以是提純的蒙脫石或經提純-有機插層處理的有機蒙脫石, 有機插層處理的蒙脫石層間距顯著增大, 并且具有較好的親油性,在易燃燒的聚合物體系中具有更好的分散、阻隔、阻燃效果,但是有機蒙脫石比提純蒙脫石加工成本更高,一般用在需要體現納米功能的特殊材料中。
阻燃的蒙脫石(簡稱MMT) 也常與水鎂石(簡稱MH)或鋁系阻燃劑(簡稱ATH)同時使用。以使用量較大的EVA 體系為例,Zhang 等對EVA、ATH、鈉蒙脫石(簡稱NaMMT)質量分數為50%、47%、3%的EVA-ATHNaMMT阻燃復合材料性能進行了評價,氧指數為37%,垂直燃燒判定為UL94V-0 級;EVA、ATH、鐵蒙脫石(簡稱FeMMT) 質量分數為50%、47%、3%的EVA-ATHFeMMT阻燃復合材料的氧指數增大為39%, 垂直燃燒也為UL94V-0 級。
由此可知,復合后的EVA 阻燃材料按氧指數性能比較,配方中含FeMMT 的優于含NaMMT的。EVA、MH、FeMMT 質量分數為45%、52%、3%和50%、47%、3%的EVA-MH-FeMMT 阻燃材料其垂直燃燒均達到UL94V-0 級,拉伸強度分別為10.8、12.7 MPa,斷裂伸長率分別為466.5%、510.5%。
常迪等研究了納米蒙脫石改性EVA-線性低密度聚乙烯(LLDPE)-Mg(OH)2復合材料的性能, 在LLDPE、EVA、Mg(OH)2的質量比分別為20:110:110 的體系中添加改性蒙脫石后, 拉伸強度隨著MMT 用量的增大呈先增大后減小的趨勢, 當MMT 的質量分數為3%時, 拉伸強度增至最大, 斷裂伸長率也顯著增大;氧指數隨著MMT 用量的增大逐漸增大,當MMT質量分數為6%時, 氧指數從未添加時的26.9%增大到31.7%。
2、凹凸棒石阻燃材料
凹凸棒石也稱坡縷石, 其理想的化學分子式為Mg5Si8O20(OH)2(OH2)4·4H2O,是一種重要的鏈層狀結構含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物,常與蒙脫石、高嶺石、海泡石、水云母、石英、蛋白石和白云石等礦物共生于凹凸棒土中。凹凸棒石礦物在世界各地可見,但是具有工業意義的礦床并不多見,目前探明主要分布在美國、中國、印度、西班牙等國家。我國江蘇、安徽、甘肅、山東、河南等地已探明有較多凹凸棒石礦點,其中以江蘇省盱眙縣的產量居首位。
我國目前凹凸棒石礦產資源儲量完全能滿足工業生產的需求,且與世界其他各國的資源屬性相比具有較明顯的性能優勢。凹凸棒石具有較好的長徑比和豐富的內孔道,既是較好的增強材料又具有阻燃作用,在高溫下失去結構水而產生水蒸氣,可以阻隔氧氣,并能產生熱穩定性較好的以MgO、Al2O3為主的氧化物隔離層。姚超等以聚磷酸銨(APP)與三羥乙基異氰脲酸酯(THEIC)為膨脹阻燃劑(IFR),以凹凸棒石(ATP)為協效劑,采用熔融共混法制備具有阻燃性能的高密度聚乙烯(HDPE)復合材料,通過對復合材料的紅外光譜、氧指數、熱失重和錐形量熱分析,得到ATP 對阻燃HDPE燃燒性能的影響條件。
結果表明:添加少量的ATP 能催化APP-THEIC 間的酯化反應, 提高了HDPE 的阻燃性能;HDPE、IFR、ATP 質量分數為70%、28%、2%的HDPE-IFR-ATP 復合材料其氧指數達30%, 阻燃等級提高為V-0,體系的熱釋放速率峰值和總熱釋放量比HDPE、IFR 質量分數為70%、30%的HDPE-IFR復合材料分別降低了22.7%和26.7%。
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