（中國礦業(yè)大學(xué)，北京/侯會(huì )麗，徐熙，鄭水林，宋兵，宋貝）當今阻燃材料的一個(gè)重要發(fā)展方向是無(wú)機阻燃材料的開(kāi)發(fā)。其中金屬氫氧化物是當前應用最多的無(wú)機阻燃劑，主要包括氫氧化鋁和氫氧化鎂。
膨潤土本身是一種惰性材料，將其與氫氧化鎂結合起來(lái)，研究制備出阻燃性能好、無(wú)毒、價(jià)廉的膨潤土復合填料，具有重要的應用價(jià)值。80年代開(kāi)始，插層膨潤土的研究蓬勃發(fā)展起來(lái)，大部分多核金屬陽(yáng)離子插層劑都是以羥基鋁離子為基礎。之后，各種類(lèi)型的插層膨潤土相繼合成。近年來(lái)，已合成出不同插層劑的膨潤土，合成技術(shù)也日益成熟。
本文利用膨潤土的結構特性，先將原礦酸鋰化預處理，然后將羥基鎂/鋁插入其層間，制得的插層產(chǎn)物與氫氧化鎂復合，最后對復合材料進(jìn)行有機改性，制備出新型無(wú)機復合阻燃填料并將其填充阻燃EVA電纜料，對產(chǎn)品的力學(xué)和阻燃性能進(jìn)行了表征，結果表明其力學(xué)和阻燃性能良好。
1 實(shí)驗部分
1.1 實(shí)驗原料
膨潤土取自河南信陽(yáng)。氫氧化鎂由遼寧佳益五金礦產(chǎn)有限公司提供。原料膨潤土中位粒徑為2.2µm，陽(yáng)離子交換容量CEC為70.92mmol/100g，主要化學(xué)成分SiO266.86%，Al2O315.07%，MgO3.09%。
1.2 實(shí)驗儀器
增力電動(dòng)攪拌器（JJ-1，江蘇金壇市醫療儀器廠(chǎng)）、恒流泵（HL-2，上海滬西分析儀器有限公司）、恒溫水浴鍋（DZKW-4，北京中興偉業(yè)儀器有限公司）、電子分析天平（AL204 ，METTLER TOLEDO公司）、打散機（CDE-300E，歐科電器有限公司）、數顯控溫干燥箱（101A-0，上海圣欣科學(xué)儀器有限公司）。
1.3 樣品制備
（1）膨潤土酸鋰化預處理：稱(chēng)取膨潤土20g至三口燒瓶中，加入一定量的蒸餾水，使礦漿質(zhì)量濃度為1/10,勻速滴加12ml 0.05mol/L的HCl進(jìn)行酸化，并同時(shí)加入LiCl進(jìn)行鋰化，攪拌并離心洗滌至離心液離心液中無(wú)Cl-，烘干打散。
（2）膨潤土無(wú)機插層改性：稱(chēng)取預處理后的膨潤土20g置于1000ml的三口燒瓶中，加入一定量的蒸餾水配置成設定濃度的礦漿液，攪拌均勻，調節水浴溫度和礦漿的pH值，加入一定量的插層劑和5‰硬脂酸鈉，其中插層羥基鎂/鋁所用改性劑分別為MgCl2/AlCl3溶液加NaOH溶液。反應一定時(shí)間后，離心脫水，烘干干燥，打散。
（3）填充阻燃EVA電纜料：將質(zhì)量分數6%的羥基鎂/鋁插層膨潤土樣品與質(zhì)量分數94%的超細氫氧化鎂復合并有機改性后填充到EVA電纜塑套材料中。
1.4 樣品表征
（1）氧指數
氧指數參照GB2406-93標準規定的方法測試。所測極限氧指數值的大小用來(lái)評定材料阻燃性能，其值越大阻燃性能越好。LOI<21%屬于易燃材料，LOI>28%為難燃材料， LOI>35%為極難燃材料。
（2）力學(xué)性能
參照GB/T 8815-2002標準規定的測試方法，在廣州試驗儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的XL-100A型拉力試驗機上進(jìn)行拉伸強度和斷裂伸長(cháng)率的測定，樣條尺寸為110mm×25mm×1mm。
2 結果與討論
2.1 羥基鎂插層量對填充EVA復合材料性能的效果影響
取羥基鎂插層量為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/g土時(shí)，分別對填充EVA復合材料進(jìn)行阻燃和力學(xué)性能測試，結果如表1和圖1所示。
表1 羥基鎂插層量對填充EVA復合材料阻燃和力學(xué)性能的影響
|
序號
|
羥基鎂的插層量/mmol/g土 |
拉伸強度/MPa |
斷裂伸長(cháng)率/% |
氧指數/% |
| 1 |
0.1 |
5.27 |
156 |
38.5 |
| 2 |
0.5 |
5.65 |
139 |
37.1 |
| 3 |
1.0 |
5.30 |
200 |
37.2 |
| 4 |
1.5 |
5.50 |
253 |
36.4 |
| 5 |
2.0 |
5.60 |
213 |
36.2 |
圖1 羥基鎂插層量的影響
（a）插層量對拉伸強度與斷裂伸長(cháng)率的影響; （b）插層量對氧指數的影響
2.2 羥基鋁插層量對填充EVA復合材料性能的效果影響
取羥基鋁插層量為0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/g土時(shí)，對填充EVA復合材料分別進(jìn)行阻燃和力學(xué)性能測試，結果如表2和圖2所示。
表2 羥基鋁插層量對填充EVA復合材料阻燃和力學(xué)性能的影響
|
序號
|
羥基鋁的插層量/mmol/g土 |
拉伸強度/MPa |
斷裂伸長(cháng)率/% |
氧指數/% |
| 1 |
0.1 |
5.71 |
211 |
35.8 |
| 2 |
0.5 |
5.30 |
189 |
35.4 |
| 3 |
1.0 |
5.04 |
191 |
35.4 |
| 4 |
1.5 |
5.76 |
249 |
35.1 |
| 5 |
2.0 |
5.70 |
316 |
35.0 |
圖2 羥基鋁插層量的影響
（a）插層量對拉伸強度與斷裂伸長(cháng)率的影響; （b）插層量對氧指數的影響
由表2和圖2可以看出，樣品的拉伸強度隨著(zhù)插層劑羥基鋁插入量的增加，先減小后增大，在羥基鋁用量為1.5mmol/g土時(shí)達到最大值（5.76MPa），再之后略有減小，在羥基鋁用量為0.1mmol/g土、1.5mmol/g土、2.0mmol/g土時(shí)結果較好；樣品的斷裂伸長(cháng)率隨著(zhù)羥基鋁用量的增加，先略有減小后不斷增大，在其用量為2.0mmol/g土時(shí)達到最大值（316%）；氧指數隨著(zhù)羥基鋁用量的增加呈下降趨勢，在羥基鋁用量為0.1mmol/g土時(shí)為最大值（35.8%），樣品的氧指數都大于35%，為極難燃。
3 結論
將羥基鎂和羥基鋁作為插層劑插入膨潤土層間，制得的插層膨潤土與氫氧化鎂復合所得的復合阻燃填料填充于阻燃EVA電纜料，填充材料的氧指數達到38.5%/35.8%;拉伸強度達到5.65/5.76 MPa；斷裂伸長(cháng)率達到253%/316%。
(桂林非金屬礦加工與應用技術(shù)交流會(huì ),發(fā)表于中國粉體技術(shù)雜志）
|
