一、 阻燃礦物材料的特點
對于聚合物的阻燃而言,阻燃礦物材料是使用量最大的。阻燃礦物材料除了具有礦物材料本身的特點之外,與其他阻燃材料相比,還具有以下特點:
1.阻燃礦物材料因屬于礦物材料,所以儲量大,來源豐富。
2.價格低廉,有利于降低聚合物產品的成本。
3.阻燃礦物材料通常都具有優異的熱穩定性,特別是金屬氫氧化物,如氫氧化鋁和氫氧化鎂,有比高聚物大得多的熱容,故分解前就可吸收大量的熱,阻止燃燒物繼續受熱。而且分解后產生的金屬氧化物熔點高,熱穩定性好,覆蓋于燃燒物表面可阻擋熱傳導和熱輻射,就像硼酸鹽和磷酸鹽受熱分解后產生的玻璃態包覆物一樣起到阻燃的作用。
4. 此類阻燃材料還有氧化還原反應催化劑的作用,能把高聚物分解產生的CO轉化為CO2,減少有毒可燃性氣體的密度。而其本身不產生腐蝕性氣體,不易揮發,具有無毒、抑煙等優點,屬于當下環保型阻燃材料。
5.添加到聚合物中不與基質發生反應,與傳統配合中的填充體系一致。并能有效調節聚合物的加工黏度、挺性等,利于改善工藝性能。
6.填充量較大,阻燃效應較差,對基材的性能影響較大。
二、阻燃礦物材料的性能要求
對阻燃礦物材料的性能要求主要考慮到兩個方面:一方面是阻燃礦物材料需要產生基本阻燃效果所需的條件;另一方面是要確保優良的聚合物加工和成品具有足夠的機械和美學特性所需的那些條件。由于要獲得足夠的阻燃效果,就需要大量添加礦物,因此,礦物性質對加工過程和產品特性的影響也很重要。惰性礦物填料(如碳酸鈣)通過簡單的稀釋效應就能降低聚合物的可燃性。
1.很強的吸熱分解作用,在接近基質聚合物分解的溫度(150~400℃)時,可釋放出大量的水和(或)二氧化碳。
2.可分解產生大表面積的氧化物。
3.相對小的顆粒粒度。
吸熱分解起到降熱作用,同時釋放出的氣體稀釋解熱產品(燃料)。這兩種作用的相對重要性很可能隨著基質聚合物和可燃性試驗的不同而不同。礦物填料的阻燃效果常隨顆粒粒度的減小而增大??紤]成本和加工問題通常使用的阻燃劑粒度為l0μm以上。除了阻燃效果外,阻燃礦物材料一般要達到下列要求:
1.需要阻燃礦物材料無毒無污染,這是對日益增長的環境保護需求的滿足;需要阻燃礦物材料的可溶雜質含量低,以避免在潮濕環境中膨脹或起泡,并且,在應用中(如用作電纜時)要保持絕緣性能;
2.需要阻燃礦物材料中的過渡元素含量低,因為阻燃礦物材料中過渡元素的存在不利于聚合物的長期穩定性;
3.阻燃礦物材料的莫氏硬度不能過高,否則會引起加工機械的磨損;
4.阻燃礦物材料的長徑比不能過高,否則將會由于高粘滯性而來加工上的困難。
常見和潛在的阻燃礦物材料及其性能見表1。
表1 常見和潛在阻燃礦物材料及其性能
礦物
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起始分解溫度/℃
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分解焓×103/kJ·g-1
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理論可揮發量/%(質量分數)
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總量
|
H2O
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CO2
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三水菱鎂礦
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70~100
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1750
|
71
|
39
|
32
|
氫氧化鋁
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180~200
|
1300
|
34.5
|
34.5
|
0
|
水菱鎂礦
|
220~240
|
1300
|
57
|
19
|
38
|
片鈉鋁石
|
240~260
|
|
43
|
12.5
|
30.5
|
氫氧化鎂
|
300~320
|
1450
|
31
|
31
|
0
|
碳酸鎂水合物
|
340~350
|
|
56
|
9
|
47
|
氫氧化鈣
|
430~450
|
1150
|
24
|
24
|
0
|
勃姆石
|
340~350
|
560
|
15
|
15
|
0
|
碳酸鎂
|
140~150
|
|
35.5
|
35.5
|
0
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二水合硫酸鈣
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60~130
|
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21
|
21
|
0
|
|