硬硼钙石/EVA复合材料的表征及性能研究

摘要

硬硼钙石(2CaO·3B2O3·5H2O)是一种含水的钙硼酸盐矿物，在工业生产中主要用于制造硼酸和硼砂，高白度、高品质、低砷含量的硬硼钙石可用于制造无碱玻璃纤维、耐热材料和阻燃材料。本文在前期的研究工作基础之上，首先对含铁量较高、白度较低的硬硼钙石进行化学漂白;其次使用表面改性剂和偶联剂对硬硼钙石表面进行有机化修饰;最后加入多聚磷酸铵作为协同阻燃剂，进一步提高其复合材料的阻燃性能，降低无机粉体的添加量。具体内容如下:
　　(1)以草酸(C2H2O4)和柠檬酸(C6H8O7)作为浸提剂，采用有机酸浸提的方法对硬硼钙石进行化学漂白，通过对产物白度分析和XRD分析，优化漂白工艺条件。确定草酸浓度为0.4mol/L，浸提温度为80℃，浸提时间90min，矿浆浓度为600g/L，白度由49.5％升高到60.3％，提高10％。
　　(2)在硬脂酸对硬硼钙石表面改性基础之上，再加入钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂进一步进行表面改性，提高其与高聚物分子的相容性;对改性产物进行XRD、FT-IR表征，悬浮性能、活化指数测试，偶联剂添加量1％时活化指数分别达到98.86％和98.02％。将改性粉体与EVA基体共混，获得硬硼钙石/EVA复合材料。对其进行力学性能测试、氧指数、TG-DTG测试表明:1％NDZ-311、1％KH-570改性的硬硼钙石与EVA以2∶3共混，混合后的复合材科平均拉伸强度分别为9.8MPa、8.65MPa，平均断裂伸长率为696.5％、697.22％;氧指数分别为29.6％、30.5％;TG-DTG分析结果表明，添加改性硬硼钙石能够使EVA基体残留率提高到30％，最大失重速率降低，从而达到阻燃的作用。通过对比得出:价格低廉的硬硼钙石在一定程度上可以替代硼酸锌，达到阻燃的作用。
　　(3)为了进一步提高复合材料的阻燃性能，分步加入聚磷酸和月桂胺对硬硼钙石进行表面包覆反应合成有机无机复合阻燃剂，并进行XRD、FT-IR表征、悬浮性能和活化指数测试。复合阻燃剂产品活化指数达到80％以上。将这种复合阻燃剂与EVA共混，考察多聚磷酸铵加入量和复合阻燃剂添加量对EVA基体力学性能和阻燃性能的影响。采用SEM、FT-IR、XRD、TG-DTG、氧指数和拉伸强度等方法进行表征。添加量40％（多聚磷酸铵3％）时，复合材料平均拉伸强度为8.57MPa，平均断裂伸长率为671.3％;极限氧指数高达32.6％。硬硼钙石表面包覆多聚磷酸铵后，提高了材料的阻燃性能，降低无机粉体的添加量。