硬硼鈣石阻燃劑的表面改性及應(yīng)用.pdf

1、硬硼鈣石(Ca2·B6O11·H2O)作為一種天然存在的重要硼酸鹽礦和化工原料，是制造硼酸、無(wú)堿玻璃纖維、塑料增強(qiáng)劑和硼合金的主要原料。此外，在煉鋼工業(yè)中，可作為造渣劑，在塑料工業(yè)中可作阻燃劑。但硬硼鈣石作為阻燃劑添加在高聚物中時(shí)，受其表面極性的影響，導(dǎo)致與有機(jī)高聚物的相容性偏低。因此，提高與高聚物基體的相容性，開(kāi)發(fā)出一種價(jià)格低廉、性能優(yōu)越的無(wú)鹵阻燃劑是一件十分有意義的工作。為此，本文采用濕化學(xué)法對(duì)硬硼鈣石表面進(jìn)行一定的有機(jī)化修飾，改善

2、其與有機(jī)高聚物的相容性，提高其復(fù)合材料的力學(xué)性能及機(jī)械性能，以期擴(kuò)展硬硼鈣石的應(yīng)用范圍，提高其工業(yè)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　本文首先對(duì)硬硼鈣石進(jìn)行化學(xué)成分、X射線(xiàn)衍射(XRD)、紅外光譜分析(IR)、熱重分析(TG)、掃描電鏡(SEM)、粒度分布等表征分析，確定硬硼鈣石的成分及失重溫度、顆粒分布等物理化學(xué)信息，為阻燃劑的選用提供有用的信息。
　　在此基礎(chǔ)上，采用濕法改性方法對(duì)其進(jìn)行有機(jī)表面修飾。分別用硬脂酸和油酸為改性劑，無(wú)水乙醇為

3、溶劑，考察改性時(shí)間，改性溫度，液固比及改性劑用量對(duì)改性效果的影響，并確定了最佳的改性條件。對(duì)改性后的產(chǎn)物分別進(jìn)行XRD、IR、活化指數(shù)、接觸角、SEM等表征。研究結(jié)果表明:當(dāng)以硬脂酸為改性劑，無(wú)水乙醇為溶劑時(shí)，在改性時(shí)間75min、改性溫度75℃、液固比為2∶1及硬脂酸用量為5％的條件下，改性效果最好，活化指數(shù)高達(dá)99.45％，接觸角為131.5°;當(dāng)以油酸為改性劑，無(wú)水乙醇為溶劑時(shí)，改性時(shí)間50min、改性溫度60℃、液固比為1∶1及

4、油酸用量為5％的條件下，改性效果最好，活化指數(shù)為68.30％，但接觸角不能測(cè)出，說(shuō)明疏水性不好。
　　在改性硬硼鈣石的基礎(chǔ)上，分別將改性后的粉體與乙烯—醋酸乙烯酯(EVA)基體混合?？疾觳煌男詣└男缘挠才疴}石及不同添加量硬硼鈣石對(duì)EVA復(fù)合材料性能的影響。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行TG-DTG、SEM及XRD分析及力學(xué)性能測(cè)試表明:按照2∶3的比例，分別將硬脂酸和油酸改性的硬硼鈣石與EVA進(jìn)行混合，硬脂酸改性的粉體和EVA基體的混合材料性能

5、優(yōu)于油酸改性的粉體和EVA基體的混合材料;分別將硬脂酸改性硬硼鈣石與EVA基體按照1∶4，3∶7進(jìn)行混合，并與按2∶3混合后的材料進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)40％添加有明顯的阻燃效果，燃燒40s后就自然熄滅;TG-DTG結(jié)果表明改性硬硼鈣石能夠阻礙EVA基體的分解，降低失重速率，從而達(dá)到阻燃的作用。最后，簡(jiǎn)單討論了混合塑料燃燒的情況和燃燒灰燼的微觀結(jié)構(gòu)。
　　采用一步合成改性法，制備改性六水偏硼酸鈣，經(jīng)過(guò)烘干得到改性二水偏硼酸鈣。分別選擇硬脂

6、酸鈉和油酸為改性劑，考察了不同改性產(chǎn)物及不同添加量對(duì)EVA基體的影響，并對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了力學(xué)性能、燃燒性能、TG-DTG測(cè)定，對(duì)燃燒灰燼進(jìn)行了SEM，結(jié)果表明:油酸改性劑要優(yōu)于硬脂酸鈉改性劑;油酸改性六水偏硼酸鈣/EVA復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于油酸改性二水偏硼酸鈣/EVA復(fù)合材料的力學(xué)性能;隨著添加量的增加，對(duì)EVA基體的力學(xué)性能影響越大，但是阻燃性能提高。當(dāng)添加量為60％時(shí)，混合塑料的力學(xué)性能最差，但是阻燃性能最好。最后，簡(jiǎn)單討論了混合