阻燃剂广泛地应用于电缆工业低烟无卤阻燃材料可以避免含卤阻燃材料燃烧时所带来的二次污染,是阻燃材料的主要发展趋势。当今,开发低烟无卤阻燃剂在世界范围内仍是一个技术难题。目前,电工行业主要使用的无卤阻燃填料是粒状氢氧化铝和氢氧化镁,而镁铝水滑石起始分解温度可分为低温段和高温段,拓宽了阻燃温度范围,具有阻燃、消烟和填充3种功能,兼具了氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的优点,克服了它们各自的不足,是一种很有望的高效、无毒、低烟的无卤阻燃剂新品种。

目前,国内外对水滑石在阻燃剂方面的报道不多,国内水滑石在此方面没有达到工业化应用,其主要原因之一就是水滑石添加到有机基体中会显著降低它的电性能、机械性能等,如何处理水滑石就成为一个关键的问题。关于水滑石的表面处理的试验研究具有重要的意义。
水滑石(hydrotalcite)是镁铝碱式碳酸盐,简称LDH,一般分子式为Mg6M(OH)CO3·4H20,是一种具有层状结构的阴离子粘土,在羟基堆积而形成的密置双层中,镁、铝离子以随机形式分布在八面体空隙中,形成带正电的基本层[Mg6A1(OH)]“,两个基本层之间夹以由碳酸根离子和水分子形成的带负电的中间层[CO32-+4H20]。基本层和中间层交错堆积形成晶体

由于水滑石的组成和结构中具有大量的结构水和吸附水及颗粒表面存在的大量非架桥羟基,因此相邻的水滑石粒子之间极易在干燥过程中通过氢键作用而结合在一起,导致粒子大小不均,直接影响水滑石的使用效果。所以干燥前必须对水滑石进行表面改性,使有机官能团取代水滑石颗粒表面的非架桥羟基或吸附在其表面,增强颗粒之间的空间位阻,防止粒子间搭接。因为水滑石层板表面有大量羟基,所以选用硬脂酸钠作为改性剂,对水滑石粒子进行了湿法化学改性。改性后的水滑石粒子在干燥后活化指数相当高,为水滑石的工业应用奠定了良好的基础。
实验使用已成熟的工艺方法将一定量的NaOH、NaAlO2:和Na2CO3加入反应容器内,加热搅拌使其完全溶解,将MgCl溶液在一定温度下加入,并继续强烈搅拌2h,而后经过滤、洗涤至滤液pH为小于8,抽干成滤饼(水滑石含量约20%)
反应平衡时,表面改性剂包敷量为定值,所以在确保整个反应体系得以充分均匀搅拌的前提下,搅拌速度对平衡包敷量没有影响。pH值为碱性对表面改性是不利的,溶液中过多的OH-根离子会影响阴离子表面改性剂处理的效果,况且改性后的水滑石要求包含尽可能少的游离离子,以免填充后使有机物性能下降。因此需要把生产出的水滑石的都先水洗到pH值小于8。
活化指数随时间的变化改性后水滑石的活化指数一开始就迅速增加到相当高的水平。以后变化缓慢,表明净吸附速率随着性时间延长增加,开始有一个飞涨过程,以后变得缓慢,时间到一定时,净吸附速率近似为0。改性剂在水滑石表面的吸附和解吸附达到平衡。

开始吸附时,改性剂首先吸附在水滑石表面活性最大的部分,随着活性高的表面逐渐被遮盖,改性剂也水滑石表面之间的吸附作用就愈来愈弱。因而吸附量越来越小,整个吸附过程是不均匀的,离子性表面活性剂的吸附量随着温度升高先增加而后降低。改性剂在水滑石表面吸附为放热反应,随着温度升高,吸附平衡向着相反方向移动。在低温区,吸附速率大于解吸速率,吸附量随着温度升高而迅速增加,而后逐渐趋于平缓,在80℃时达到最大值,再增加温度,吸附速率小于解吸速率,吸附量随温度升高反而又缓慢降低。

活化指数随改性剂用量的变化。其中改性剂用量是指其占水滑石的重量百分比,随硬脂酸用量的增加,活化度起初增加很快,当达到3%时,增加变得缓慢,在5%达到最大后,曲线变成一条平的直线,不再增加或减少。表明硬脂酸钠的用量在5%的时候基本上刚好在水滑石的表面形成一层单分子覆盖层。在此之前,随着硬脂酸钠用量的增加,水滑石表面逐渐被有机基团所覆盖,硬脂酸钠5%时覆盖完全,此时不宜再增加用量,因改性过的水滑石与有机材料复合后,多余的硬脂酸钠会影响复合材料的物理性能和电性能。

由此可见用硬脂酸钠处理水滑石可以达到良好的效果,最佳处理条件是温度80oC,搅拌时问2h,添加量5%(以水滑石为基准)。通过分析表明,硬脂酸钠对水滑石表面处理属于氢键吸附,水滑石的晶体结构并未因改性受到影响。
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