氢氧化镁/重质碳酸钙复合阻燃填料的制备与表征
随着科技的发展和人们环保意识的提高，当今世界的阻燃剂研究和应用正朝无卤化的方向发展。以氢氧化镁为代表的无机阻燃剂,在应用时是依靠化学分解吸热以及释放出水而起阻燃作用的，具有无毒性、抑制发烟以及分解产物化学性质稳定等特点，因此不产生二次危害。近年来氢氧化镁阻燃剂虽然发展迅速，但其在实际应用中存在填充量大、与高聚物之间的结合能力差等缺点，因此需要进行表面改性。重质碳酸钙具有纯度高，价格低廉，加工工艺简单，在基材中分散性好等特点，作为填料可以提高材料的阻燃性，降低成本。
本文利用氢氧化钙沉淀法制备出一种氢氧化镁/重质碳酸钙复合阻燃填料，制得的复合填料兼有良好的力学性能和阻燃性能。
1.实验部分
1.1原料试剂仪器
实验所用原料重质碳酸钙由四川巨丰粉体有限公司提供，其主要物化性质见表1
表1碳酸钙主要理化性质
| 名称 | 粒度/μm | CaO/% | 吸油值/(mL/g) | 白度 |
| 重质碳酸钙 | D50=6.34 | 55.16 | 0.35 | 96 |
实验试剂有硫酸镁（MgSO4，分析纯）和氢氧化钙（Ca(OH)2，分析纯）。
实验所用仪器有恒温水浴锅XTDM-4000（北京市永光明医疗仪器厂），电子分析天平AL204（METLER TOLEDO公司），打散机CDE-00E（欧科电气有限公司），数显控温干燥箱101A-0（上海盛欣科学仪器有限公司），三口烧瓶1000mL（北京玻璃厂），铁架台（市售），电动搅拌器JJ-1（北京永光明医疗仪器厂），氧指数测定仪HC-2（南京市江宁县分析仪器厂），拉力试验机XL-100A（广州市广材试验仪器有限公司），扫描电子显微镜S-3500N（日本日立），能谱仪S-3500N（日本日立）。
1.2实验方案
取36g硫酸镁配置成一定浓度的溶液，加入到三口烧瓶中，再加入一定量的碳酸钙，在水浴锅中均匀搅拌，按相应比例加入氢氧化钙，在一定温度下反应一段时间，反应结束后，将混合液进行过滤、干燥、打散从而制得复合阻燃填料。
1.3样品表征
取一定量的复合阻燃填料填充到EVA电缆料中，测试材料的力学性能（断裂伸长率、拉伸强度）和阻燃性能（氧指数）。
采用扫描电子显微镜对复合粉体的微观形貌进行观察，通过该扫描电镜自带的能谱仪分析氢氧化镁与重质碳酸钙上的复合情况。
2 结果与讨论
2.1反应温度对填充EVA复合材料性能的影响
图1反应温度对复合粉体填充性能的影响
图 1中可以看出，样品的拉伸强度随着反应温度的升高，先增加后降低，在温度为 85℃时达到最大值（8.1MPa），再之后开始降低，85℃时时拉伸性能最好；样品的断裂伸长率随着反应温度的升高，呈先增大后减小的趋势，在 85℃时达到最大值（66.2%）；总体上来说，随着反应温度的升高，氧指数不断增大。在 90℃、95℃时达到最大 30.5%，但 80℃和 85℃时也达到了 29.5%，与最大值也差别不大，所以 80℃和 85℃时氧指数也可取。综上所述，最佳的反应温度为 85℃。
2.2反应时间对填充EVA复合材料性能的影响
图2反应时间对复合粉体填充性能的影响
从图2可以看出，样品的拉伸强度随着反应时间的增加，先减小后增加，在温度为 2h 时达到最大值 8.1MPa，再之后开始降低；样品的断裂伸长率随着反应时间的增加，先减小，在反应时间为 1.5h 时达到最小值 53.08%，然后随着反应时间的增加，断裂伸长率也增加，在 2.5h 时达到最大值 79.54%；氧指数随着反应时间的增加先呈下降增加趋势，在时间为 1.5h 时达到最小值 27.5%，然后随着时间的增加，氧指数有所增加，在 2h 时达到最大值 30.5%。虽然断裂伸长率在 2.5h 时最大，但考虑到试验过程中会有大量水分蒸发，不宜长时间水浴；反应时间 2h 时，在该条件下拉伸强度和氧指数都达到了最高值；综合分析，确定最佳反应时间为 2h。
2.3氢氧化钙用量对填充EVA复合材料性能的影响
由图 3可以看出，样品的拉伸强度随着氢氧化钙用量的增加，呈先增加后减小的趋势，在氢氧化钙用量为 30g 时达到最大值（8.1MPa），在氢氧化钙用量为 24g、36g 时，拉伸强度分别为 7.46、7.66，和最高点 8.1 相差不大；样品的断裂伸长率随着氢氧化钙用量的增加，呈先减小后不断稳定的趋势，在氢氧化钙用量为 24g 时达到最大值（74.28%）；氢氧化钙用量的变化对样品的氧指数影响不大，随着氢氧化钙用量的增加，氧指数先增大，在用量为 30g 时达到最高 30.5%，然后随着用量的增加，氧指数减小。综合考虑拉伸强度、断裂伸长率、氧指数的大小，最终确定当硫酸镁用量为36g时，氢氧化钙最佳用量为24g。
图3氢氧化钙用量对复合粉体填充性能的影响
2.4复合阻燃填料的扫描电镜和能谱分析
图4中颗粒分布稀疏，团块状物质比较少，有一些条状物、片状物分布在基体表面上，推测片状物为生成的氢氧化镁，条状物为碳酸钙和新生成的硫酸钙的混合物。
为了证实这一推测，进一步进行EDS能谱分析，图谱采集区域在图5中1,2,3处，采集区域能谱图如图5，6，7所示。
从图5可以看出，SEM 图片中区域1和区域2中的片状物，主要组成为 Mg 和 O，并含有少量的 S、Ca。由于复合材料在反应过程中仅发生沉淀反应。所以复合材料中除了含有不参与反应的 CaCO3之外，还有生成的 CaSO4和 Mg(OH)2。从区域 1 和区域 2 中的元素组成可以看出，其主要成份为 Mg(OH)2，而少量的 S、Ca 来自于基体 CaCO3和生成的微溶物 CaSO4。从图7可以看出，区域3中 Mg 的含量很少，其主要成份为 S 和 Ca，说明此区域是 CaCO3和新生成的CaSO4的混合物。从上述分析可以得出，SEM 图片中的片状物就是氢氧化镁晶体，反应过程中所生成的氢氧化镁能与氢氧化钙达到均匀复合。
3结论
1）利用氢氧化钙沉淀法制备复合无机阻燃填料，最优工艺条件为：反应温度85℃；反应时间2h；氢氧化钙用量24g（硫酸镁质量为36g时）。
2）通过对复合阻燃填料进行表征得知在优化工艺条件下制得的复合阻燃填料中，片状氢氧化镁粒子能够与碳酸钙颗粒均匀复合。
来源：中国知网
