一、 阻燃礦物材料的特點(diǎn)
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(diǎn)之外,與其他阻燃材料相比,還具有以下特點(diǎn):
1.阻燃礦物材料因屬于礦物材料,所以?xún)α看?,?lái)源豐富。
2.價(jià)格低廉,有利于降低聚合物產(chǎn)品的成本。
3.阻燃礦物材料通常都具有優(yōu)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(chǎn)生的金屬氧化物熔點(diǎn)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(chǎn)生的玻璃態(tài)包覆物一樣起到阻燃的作用。
4. 此類(lèi)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(chǎn)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(chǎn)生腐蝕性氣體,不易揮發(fā),具有無(wú)毒、抑煙等優(yōu)點(diǎn),屬于當下環(huán)保型阻燃材料。
5.添加到聚合物中不與基質(zhì)發(fā)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(gè)方面:一方面是阻燃礦物材料需要產(chǎn)生基本阻燃效果所需的條件;另一方面是要確保優(yōu)良的聚合物加工和成品具有足夠的機械和美學(xué)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(zhì)對加工過(guò)程和產(chǎn)品特性的影響也很重要。惰性礦物填料(如碳酸鈣)通過(guò)簡(jiǎn)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(zhì)聚合物分解的溫度(150~400℃)時(shí),可釋放出大量的水和(或)二氧化碳。
2.可分解產(chǎn)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(shí)釋放出的氣體稀釋解熱產(chǎn)品(燃料)。這兩種作用的相對重要性很可能隨著(zhù)基質(zhì)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(wèn)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(wú)毒無(wú)污染,這是對日益增長(cháng)的環(huán)境保護需求的滿(mǎn)足;需要阻燃礦物材料的可溶雜質(zhì)含量低,以避免在潮濕環(huán)境中膨脹或起泡,并且,在應用中(如用作電纜時(shí))要保持絕緣性能;
2.需要阻燃礦物材料中的過(guò)渡元素含量低,因為阻燃礦物材料中過(guò)渡元素的存在不利于聚合物的長(cháng)期穩定性;
3.阻燃礦物材料的莫氏硬度不能過(guò)高,否則會(huì )引起加工機械的磨損;
4.阻燃礦物材料的長(cháng)徑比不能過(guò)高,否則將會(huì )由于高粘滯性而來(lái)加工上的困難。
常見(jiàn)和潛在的阻燃礦物材料及其性能見(jiàn)表1。
表1 常見(jiàn)和潛在阻燃礦物材料及其性能
礦物
|
起始分解溫度/℃
|
分解焓×103/kJ·g-1
|
理論可揮發(fā)量/%(質(zhì)量分數)
|
總量
|
H2O
|
CO2
|
三水菱鎂礦
|
70~100
|
1750
|
71
|
39
|
32
|
氫氧化鋁
|
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
|
二水合硫酸鈣
|
60~130
|
|
21
|
21
|
0
|
|