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阻燃、熱穩(wěn)定及耐熱材料按主體成分可分為無機(jī)或有機(jī)類，無機(jī)類進(jìn)一步細(xì)分又分為化學(xué)合成和物理加工類。本文中討論的阻燃、熱穩(wěn)定、耐熱礦物粉體材料的主體基本制備工藝屬于物理加工類，但是為了提高或改善材料性能，其進(jìn)一步與有機(jī)或無機(jī)合成分散劑、阻燃劑等的復(fù)合或改性工藝涉及化學(xué)或物理吸附、化學(xué)偶聯(lián)、化學(xué)交換或接枝或聚合等的改性、插層、反應(yīng)工藝過程，終端產(chǎn)品是介于化學(xué)合成和物理加工工藝交叉的產(chǎn)品。
阻燃、熱穩(wěn)定或耐熱礦物材料是基于天然礦物精加工的產(chǎn)品，與合成類阻燃、熱穩(wěn)定或耐熱材料相比，具有綠色環(huán)保、制造成本低、性能適中或獨(dú)特等綜合優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，是具有較好發(fā)展前景的新型功能性材料， 具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景和較大的市場(chǎng)消耗容量。
能用作阻燃、熱穩(wěn)定與耐熱礦物粉體材料原料的礦物種類較多，主要有水鎂石、蒙脫石、凹凸棒石、水滑石類、水菱鎂石、斜方云石、白云石、伊利石等。
目前性能優(yōu)、用量較大的礦物阻燃粉體材料的阻燃和消煙機(jī)理主要包括4 個(gè)方面：
(1)礦物粉體材料在燃燒時(shí)吸收大量熱量，使得被燃物表面溫度降低，能延緩被燃物的繼續(xù)燃燒、降解和進(jìn)一步分解，因此能減少有害氣體和煙霧的釋放;
(2)礦物材料分解產(chǎn)生的大量水蒸氣或二氧化碳?xì)獾?，降低燃燒體環(huán)境的氧濃度，阻止燃燒的快速進(jìn)行;
(3)分解生成的氧化物要具有較好的熱穩(wěn)定或耐熱性，能有效致密地覆蓋在被燃物表面，阻隔熱傳導(dǎo)和熱輻射的進(jìn)一步蔓延，不僅要起到隔絕空氣和阻止燃燒，而且最好能改善被燃物抵抗火焰的能力;
(4)分解生成的氧化物要求化學(xué)活性較高，不僅能較好地吸附燃燒產(chǎn)生的自由基、碳和有毒性氣體，而且能促進(jìn)被燃物在燃燒過程中快速生成碳化層，以產(chǎn)生較好的阻燃、消煙作用等。
與阻燃礦物粉體材料相比，熱穩(wěn)定、耐熱礦物粉體材料的功能體現(xiàn)機(jī)理涉及上述4 個(gè)因素中的2 個(gè)，但是在具體性能指標(biāo)要求方面比阻燃材料有所強(qiáng)化。
水鎂石阻燃材料
水鎂石是一種重要的富鎂非金屬礦物，理論化學(xué)式為Mg(OH)2，純凈單晶呈厚板狀。天然產(chǎn)出的原礦大多為片狀或纖維狀的集合體。水鎂石作為阻燃材料的重要特性在于其在較低溫度時(shí)就能釋放大量的水蒸氣，并且分解生成的MgO 也具有較高的活性和較好的耐熱性， 是阻燃、消煙綜合效果顯著礦物品種，水鎂石粉體已成為目前塑料、橡膠、涂料、紡織等行業(yè)用量較大的礦物阻燃粉體材料。
以水鎂石為原料制備氫氧化鎂阻燃粉體材料的工藝流程如下：選礦—粗碎—超細(xì)粉碎—表面改性，其中關(guān)鍵影響因素是礦物純度、超細(xì)粉碎粒度和表面改性用助劑，水鎂石純度及粉體顆粒大小直接影響到阻燃材料使用的熱力學(xué)性能和阻燃性。
水鎂石作為礦物阻燃劑常以填料形式添加到高分子聚合物中，通過熔融共混及擠出制備成復(fù)合材料母料或型材，常用的基體聚合物品種有聚丙烯(PP)、三元乙丙橡膠(EPDM)、聚乙烯(PE)、乙烯-乙酸乙烯共聚場(chǎng)(EVA)、氯化聚乙烯(CPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯及不飽和聚酯等，并在建筑涂料、油漆等材料中也得到廣泛應(yīng)用。未改性的水鎂石與親油性的聚合物分子親和力不好，分散性及相容性較差，而且在聚合物體系中有二次團(tuán)聚的趨勢(shì)。為了改善加工性能及提高阻燃性能，需要對(duì)水鎂石初級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行進(jìn)一步加工，如超細(xì)粉碎、表面包覆處理等。
蒙脫石阻燃材料
蒙脫石是具有天然層狀納米結(jié)構(gòu)的礦物，天然納米結(jié)構(gòu)的蒙脫石片層解離后比表面積非常大，具有阻燃所需的優(yōu)異的阻隔性能和豐富的吸附水、結(jié)構(gòu)水。作為阻燃劑的蒙脫石可以是提純的蒙脫石或經(jīng)提純-有機(jī)插層處理的有機(jī)蒙脫石， 有機(jī)插層處理的蒙脫石層間距顯著增大， 并且具有較好的親油性，在易燃燒的聚合物體系中具有更好的分散、阻隔、阻燃效果，但是有機(jī)蒙脫石比提純蒙脫石加工成本更高，一般用在需要體現(xiàn)納米功能的特殊材料中。
凹凸棒石阻燃材料
凹凸棒石也稱坡縷石，是一種重要的鏈層狀結(jié)構(gòu)含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，常與蒙脫石、高嶺石、海泡石、水云母、石英、蛋白石和白云石等礦物共生于凹凸棒土中。凹凸棒石具有較好的長(zhǎng)徑比和豐富的內(nèi)孔道，既是較好的增強(qiáng)材料又具有阻燃作用，在高溫下失去結(jié)構(gòu)水而產(chǎn)生水蒸氣，可以阻隔氧氣，并能產(chǎn)生熱穩(wěn)定性較好的以MgO、Al2O3為主的氧化物隔離層。
水滑石類阻燃及熱穩(wěn)定材料
水滑石類化合物(LDHs)是以雙羥基金屬?gòu)?fù)合鎂鋁碳酸鹽構(gòu)成層狀及微孔結(jié)構(gòu)的一類礦物， 資源有水滑石和類水滑石。作為阻燃材料的水滑石類礦物，起始分解溫度較寬，因而拓寬了阻燃應(yīng)用的溫度范圍，具有較好的阻燃、消煙、填充功能，既具有氫氧化鎂和氫氧化鋁型阻燃材料的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺陷，是無毒、低煙、高效的無鹵阻燃材料新品種。
水滑石類礦物的另一重要應(yīng)用是作為PVC 熱穩(wěn)定劑。PVC 廣泛用于建筑門窗、上下水管道、電器機(jī)殼、包裝材料、玩具等，使用量在所有塑料材料中僅次于PE， 但是純PVC 的熱穩(wěn)定較差。目前主要以鉛鹽類、混合金屬鹽類、有機(jī)銻類、有機(jī)錫類、稀土化合物類及有機(jī)輔助劑為熱穩(wěn)定劑單用或復(fù)配對(duì)其改性，但目前使用量較大的仍是傳統(tǒng)的鉛鹽類穩(wěn)定劑和金屬皂復(fù)合穩(wěn)定劑。鉛對(duì)人和動(dòng)物的造血、免疫、神經(jīng)系統(tǒng)有較大的危害，國(guó)內(nèi)外已出臺(tái)一系列限制鉛等有毒、有害污染物的法律、法規(guī)。水滑石類特殊的層狀、雙羥基結(jié)構(gòu)，能阻止PVC 的熱分解，并且水滑石可作為助穩(wěn)定劑，與其他穩(wěn)定劑復(fù)配時(shí)也能顯著提高PVC 的穩(wěn)定效果， 是有效取代鉛、鎘等有毒熱穩(wěn)定劑的礦物材料。美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)、日本衛(wèi)生PVC 協(xié)會(huì)(JHPA)及歐洲各國(guó)也廣泛認(rèn)可了其安全性。
水菱鎂石、斜方云石阻燃及耐熱材料
水菱鎂石、斜方云石礦物是與水鎂石性質(zhì)類似的鎂系阻燃礦物。這2 種天然產(chǎn)出的礦物資源具有質(zhì)地較純凈、色澤潔白、雜質(zhì)含量低等特點(diǎn)。水菱鎂石在300~340 ℃時(shí)首先釋放結(jié)晶水，450~500 ℃時(shí)結(jié)構(gòu)水全部脫出，730~740 ℃時(shí)CO2和水全部排出，剩余物為氧化鎂; 斜方云石在450 ℃時(shí)開始分解，在570~620 ℃時(shí)放出大量CO2， 最終在760~780 ℃時(shí)分解完全;水菱鎂石與斜方云石的質(zhì)量比為60 ∶ 40 的水菱鎂石-斜方云石混合物在220 ℃時(shí)開始分解，740 ℃時(shí)分解完全。水菱鎂石、斜方云石加工制品是一類環(huán)境友好、性價(jià)比高且性能優(yōu)于氫氧化鎂、氫氧化鋁的鎂質(zhì)阻燃礦物材料新品種。目前，產(chǎn)自希臘、土耳其公司的產(chǎn)品產(chǎn)量和出口量逐年增長(zhǎng)，而瑞士、德國(guó)和英國(guó)的一些公司看好這種資源的廣闊發(fā)展空間和應(yīng)用前景，也相繼介入這一新型礦產(chǎn)加工領(lǐng)域。
白云石質(zhì)凹凸棒石阻燃材料
國(guó)內(nèi)外對(duì)簡(jiǎn)單品種鎂質(zhì)礦物的阻燃、熱穩(wěn)定及耐熱性能進(jìn)行了較詳細(xì)的研究，但一些天然產(chǎn)出的含有凹凸棒石、白云石、蒙脫石的復(fù)雜礦物也具有較好的阻燃、補(bǔ)強(qiáng)等多種性能，加工后的材料可用于塑料、橡膠時(shí)作為功能填料使用。
硅灰石阻燃及耐熱材料
硅灰石為鏈狀結(jié)構(gòu)的白色鈣硅酸鹽礦物，理論化學(xué)式為CaSiO3，粉碎后的硅灰石表面存在大量的Si—O—Si、Ca—O、Si—O、Si—OH 等活性基團(tuán)，與有機(jī)基體具有較強(qiáng)的結(jié)合能力，廣泛用于PP、EVA、聚酰胺、聚苯乙烯等聚合物體系，填充與改性效果相當(dāng)于石棉、滑石、云母等礦物。硅灰石在歐美的使用量占礦物填料市場(chǎng)的10%~15%，尤其對(duì)暴露于紫外線、水浸漬的應(yīng)用環(huán)境，填充后的材料能顯示優(yōu)異的性能。
伊利石
伊利石是一種富鉀的類云母型層狀礦物，具有較好的化學(xué)惰性、絕熱性、電絕緣性等，多用于制備阻燃無紡布、阻燃電纜、阻燃橡膠等。
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