隨著(zhù)科技的發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，當今世界的阻燃劑研究和應用正朝無(wú)鹵化的方向發(fā)展。以氫氧化鎂為代表的無(wú)機阻燃劑,在應用時(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)際應用中存在填充量大、與高聚物之間的結合能力差等缺點(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)碳酸鈣復合阻燃填料，制得的復合填料兼有良好的力學(xué)性能和阻燃性能。
1.實(shí)驗部分
1.1原料試劑儀器
實(shí)驗所用原料重質(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(chēng) |
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)驗試劑有硫酸鎂（MgSO4，分析純）和氫氧化鈣（Ca(OH)2，分析純）。
實(shí)驗所用儀器有恒溫水浴鍋XTDM-4000（北京市永光明醫療儀器廠(chǎng)），電子分析天平AL204（METLER TOLEDO公司），打散機CDE-00E（歐科電氣有限公司），數顯控溫干燥箱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(chǎng)），鐵架臺（市售），電動(dòng)攪拌器JJ-1（北京永光明醫療儀器廠(chǎng)），氧指數測定儀HC-2（南京市江寧縣分析儀器廠(chǎng)），拉力試驗機XL-100A（廣州市廣材試驗儀器有限公司），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，按相應比例加入氫氧化鈣，在一定溫度下反應一段時(shí)間，反應結束后，將混合液進(jìn)行過(guò)濾、干燥、打散從而制得復合阻燃填料。
1.3樣品表征
取一定量的復合阻燃填料填充到EVA電纜料中，測試材料的力學(xué)性能（斷裂伸長(cháng)率、拉伸強度）和阻燃性能（氧指數）。
采用掃描電子顯微鏡對復合粉體的微觀(guān)形貌進(jìn)行觀(guān)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)碳酸鈣上的復合情況。
2 結果與討論
2.1反應溫度對填充EVA復合材料性能的影響
圖1反應溫度對復合粉體填充性能的影響 圖 1中可以看出，樣品的拉伸強度隨著(zhù)反應溫度的升高，先增加后降低，在溫度為 85℃時(shí)達到最大值（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(cháng)率隨著(zhù)反應溫度的升高，呈先增大后減小的趨勢，在 85℃時(shí)達到最大值（66.2%）；總體上來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)反應溫度的升高，氧指數不斷增大。在 90℃、95℃時(shí)達到最大 30.5%，但 80℃和 85℃時(shí)也達到了 29.5%，與最大值也差別不大，所以 80℃和 85℃時(shí)氧指數也可取。綜上所述，最佳的反應溫度為 85℃。
2.2反應時(shí)間對填充EVA復合材料性能的影響
圖2反應時(shí)間對復合粉體填充性能的影響
從圖2可以看出，樣品的拉伸強度隨著(zhù)反應時(shí)間的增加，先減小后增加，在溫度為 2h 時(shí)達到最大值 8.1MPa，再之后開(kāi)始降低；樣品的斷裂伸長(cháng)率隨著(zhù)反應時(shí)間的增加，先減小，在反應時(shí)間為 1.5h 時(shí)達到最小值 53.08%，然后隨著(zhù)反應時(shí)間的增加，斷裂伸長(cháng)率也增加，在 2.5h 時(shí)達到最大值 79.54%；氧指數隨著(zhù)反應時(shí)間的增加先呈下降增加趨勢，在時(shí)間為 1.5h 時(shí)達到最小值 27.5%，然后隨著(zhù)時(shí)間的增加，氧指數有所增加，在 2h 時(shí)達到最大值 30.5%。雖然斷裂伸長(cháng)率在 2.5h 時(shí)最大，但考慮到試驗過(guò)程中會(huì )有大量水分蒸發(fā)，不宜長(cháng)時(shí)間水??；反應時(shí)間 2h 時(shí)，在該條件下拉伸強度和氧指數都達到了最高值；綜合分析，確定最佳反應時(shí)間為 2h。
2.3氫氧化鈣用量對填充EVA復合材料性能的影響
由圖 3可以看出，樣品的拉伸強度隨著(zhù)氫氧化鈣用量的增加，呈先增加后減小的趨勢，在氫氧化鈣用量為 30g 時(shí)達到最大值（8.1MPa），在氫氧化鈣用量為 24g、36g 時(shí)，拉伸強度分別為 7.46、7.66，和最高點(diǎn) 8.1 相差不大；樣品的斷裂伸長(cháng)率隨著(zhù)氫氧化鈣用量的增加，呈先減小后不斷穩定的趨勢，在氫氧化鈣用量為 24g 時(shí)達到最大值（74.28%）；氫氧化鈣用量的變化對樣品的氧指數影響不大，隨著(zhù)氫氧化鈣用量的增加，氧指數先增大，在用量為 30g 時(shí)達到最高 30.5%，然后隨著(zhù)用量的增加，氧指數減小。綜合考慮拉伸強度、斷裂伸長(cháng)率、氧指數的大小，最終確定當硫酸鎂用量為36g時(shí)，氫氧化鈣最佳用量為24g。
圖3氫氧化鈣用量對復合粉體填充性能的影響
圖4中顆粒分布稀疏，團塊狀物質(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，進(jìn)一步進(jìn)行EDS能譜分析，圖譜采集區域在圖5中1,2,3處，采集區域能譜圖如圖5，6，7所示。
從圖5可以看出，SEM 圖片中區域1和區域2中的片狀物，主要組成為 Mg 和 O，并含有少量的 S、Ca。由于復合材料在反應過(guò)程中僅發(fā)生沉淀反應。所以復合材料中除了含有不參與反應的 CaCO3之外，還有生成的 CaSO4和 Mg(OH)2。從區域 1 和區域 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，區域3中 Mg 的含量很少，其主要成份為 S 和 Ca，說(shuō)明此區域是 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，反應過(guò)程中所生成的氫氧化鎂能與氫氧化鈣達到均勻復合。
3 結論
1）利用氫氧化鈣沉淀法制備復合無(wú)機阻燃填料，最優(yōu)工藝條件為：反應溫度85℃；反應時(shí)間2h；氫氧化鈣用量24g（硫酸鎂質(zhì)量為36g時(shí)）。
2）通過(guò)對復合阻燃填料進(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合。
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