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矿物阻燃材料之间的复合方法与机理
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作者:haiyangky
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发布时间: 2944天前
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1 机械混合法 机械混合法是指经过机械外力（如剪切力、冲突力、冲击力、挤压力等）作用，将包覆剂均匀包覆在基体颗粒的外表，使粉体经均匀混合制成复合矿藏阻燃资料的办法。该法具有本钱低廉、加工技术简略，可接连化出产等长处。但是，该法制备的复合矿藏阻燃资猜中，异质组分彼此涣散进入对方颗粒中的趋势不显着，包覆剂和包覆基体间相对方位不确
1 机械混合法 机械混合法是指经过机械外力（如剪切力、冲突力、冲击力、挤压力等）作用，将包覆剂均匀包覆在基体颗粒的外表，使粉体经均匀混合制成复合矿藏阻燃资料的办法。该法具有本钱低廉、加工技术简略，可接连化出产等长处。但是，该法制备的复合矿藏阻燃资猜中，异质组分彼此涣散进入对方颗粒中的趋势不显着，包覆剂和包覆基体间相对方位不确定，属无序计算散布。包覆剂和包覆基体间仅靠静电力、粘附力和范德华力实现微弱的联系，致使包覆剂颗粒间、基体颗粒之间、复合阻燃资料颗粒间的聚会严峻。因此，机械混合法制备的复合阻燃资料的功能较差，运用于高聚物基体中时阻燃功能和机械功能都不能到达抱负的作用。传统的无机阻燃剂（如氢氧化镁、氢氧化铝等）大多以填料的角色以机械混合的办法参加到高分子基体中，致使资料的加工功能和机械功能遭到必定程度的影响。
2 机械力化学法 机械力化学法是指经过压缩、剪切、冲突、延伸、曲折、冲击等外力将机械能作用于物料颗粒，然后诱发颗粒的内部构造、物理化学性质的改变，进而促使其与周围环境中的物质发作界面反响的办法（苏小莉，2007）。
学术界普遍以为是Carey Lea最早提出了有关机械力化学的研讨。1882年Carey Lea报导了机械研磨使有些氯化银分化为银和氯气的研讨成果。仅隔两年，在1884年他在文献中又报导了机械研磨使有些HgCl2分化为Hg和Cl2。氯化银和氯化汞的高温稳定性都极好，经细致研讨分析，Carey Lea估测氯化银和氯化汞的分化并非因为温度致使，机械力作用也也许致使化学反响。这为机械力化学理论的提出和展开起了很主要的作用。但也有专家持有异议，以为最早提出机械力化学效应的是Efesus所著的“One Stones”。此书中描绘了在铜研钵顶用铜杆研磨乙酸和硫化汞时得到了液态金属汞的景象。本书是在公元四世纪所著，这充分说明机械力化学的效应很早就为大家所发现。而机械力化学法概念是由德国专家W.Ostwald在20世纪初明确提出的。 固体颗粒在机械力作用下经重复破碎和研磨，粒度细化，比外表积添加，晶格缺点活化，原子间距发作改变，晶格畸变程度加大，颗粒外表无定形化和键发作分裂。这些物理和化学改变均能致使固体总能量的添加，为发作化学反响供给根底。机械力作用也能添加固体颗粒的比外表积并诱导新外表的发作。颗粒比外表积越大，与异质颗粒触摸的面积越大，反响活性也就越高。经过机械破碎的作用，固体粒子外表会发作很多的解理面，晶格会发作畸变或无定形化。在机械外力重复剪切、冲击作用下，晶体的位错密度增大，致使反响平衡常数与反响速率常数增大。机械冲突发作的热又会致使再结晶，剩余应力在晶体内部积累，使得固体颗粒的外表吸附添加，有也许致使新的外表和原子基团的发作。新生外表发作的原子基团能加快颗粒反响活性的进步。关于金属及其氧化物，在机械力作用下还能释放出外激电子，激起等离子区，进而加快进步活性（陈鼎，2008）。
存在同质多相变体的晶体在温度和压力条件恰当的条件下，晶体会发作相变。但是，温度和压力并非是致使晶体相变的仅有途径。晶体在机械力作用下，晶格能进步，发作的能量假如大于亚稳相转变为稳定相的阈值时，也能致使晶体构造的改变。在机械力化学作用的情况下，三斜相的硅灰石转变为单斜相（李冷，2000）。
有研讨标明，对锐钛矿型TiO2在必定的机械力条件下研磨0~20h，其主要晶面（101）、（004）、（200）、（103）的衍射峰强度不断减弱且无定形化，晶格发作畸变。跟着研磨时刻的延伸，金红石型TiO2开端出现，含量逐步添加（吴其胜，2008）。
有专家提出了机械力研磨的进程中系统部分的高温和高压促进了化学反响的发作。 机械力化学主要运用于金属资料、陶瓷资料和高分子制备等范畴，在矿藏加工中的运用尤为广泛。高岭石的构造是由硅氧四面体和铝氧八面体以1:1份额在c轴堆垛成的层状硅酸盐。有研讨标明，高岭石在机械力化学研磨的进程中羟基不断被扫除，脱羟基作用生成的水不断增多，其构造中的Si-O-Al键的强度显着下降，这也说明晰四面体层和八面体层发作剥离，高岭土构造逐步无序化。丁浩、李渊等人运用机械力化学法成功制备了具有颜料功能的氢氧化镁/二氧化钛阻燃矿藏资料。研讨标明，在湿法机械研磨系统中，水镁石颗粒外表的羟基和二氧化钛颗粒外表的羟基发作脱水缩合，构成了Mg-O-Ti键合，二氧化钛颗粒牢固联系在水镁石颗粒的外表（李渊，2007）。
机械力化学法外表改性也是矿藏加工的主要运用。运用机械力化学法实现了聚会纳米氧化锌颗粒的涣散，使氧化锌颗粒外表键合硬脂酸分子，使纳米氧化锌外表变为亲油疏水，大大进步了其在有机溶剂中的涣散性（苏小莉，2008）。
以机械力化学法改性二氧化钛，经过操控球磨系统的技术参数，制备了Fe(OH)3改性的二氧化钛光催化资料。以对亚甲基蓝的降解作用为评估目标，发现经Fe(OH)3改性的二氧化钛的光催化活性得到较大程度的进步（曹怀宝，2007）。
日本专家Fumio Saito等人环绕机械力化学法展开的从矿藏中获取金属的作业也取得必定成果，如从滑石中获取镁（Ezequiel Crux Sanchez，1996），从蛇纹石中获取镁和硅（Qi Zhang，1997），从白钨矿中获取钨（Fumio Saito，1996），从天青石中获取锶（Qi Wu Zhang，1997）等研讨。 机械力化学法分为湿法机械力化学法和干法机械力化学法。湿法机械力化学法常用的设备有球磨机、高速破坏机、拌和球磨机、振荡球磨机、行星球磨机、液体能量球磨机等。比较固相环境，液相环境能使复合的组分间涣散触摸更充分。机械外力供给的能量使颗粒破坏细化，颗粒外表能进步被活化，异质颗粒间发作反响的概率添加，然后到达复合的意图。该法具有系统涣散程度高、系统颗粒包覆均匀等长处，适于终究商品以浆液方式运用的场合。但关于以干粉状况为终究商品的场合则要添加枯燥和磨细等加工环节，添加出产本钱。干法机械力化学法常用设备以气流破坏机为代表。干法机械力化学法是在固相环境下进行的。虽然反响系统的涣散性不如湿法机械力化学法，但该法具有出产效率高、产值大、对环境污染小等长处。 3 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是在近几十年敏捷展开起来的在低温下制备无机新资料的化学办法，简称Sol-Gel法。溶胶-凝胶法以无机盐或金属有机化合物（如醇盐）为前驱体，将前驱体溶于溶剂（水或有机溶液）中。经过在反响系统中引进基体，即可将前驱体在溶剂中水解或醇解反响得到的生成物溶胶包覆在基体外表，经过操控反响条件使溶胶转变成凝胶后，进而实现基体的包覆。溶胶-凝胶法可在较低温度下取得纯度较高的均相多组分系统，能制备出传统手法技术不易合成的具有特别构造、性质和功能的资料，如纳米复合资料、包膜资料和领先陶瓷资料、高温超导氧化物资料和中空玻璃微球等。但是，溶胶-凝胶法质料本钱高，且多为有机溶剂，不利于人体健康和环境保护。此外，制备进程产值不高，不适合于大规模出产。制备进程中溶胶到凝胶进程大的收缩量会致使气孔和其它杂质的剩余和聚集，不易制得大尺度商品。 把浓度为10%的硝酸铝溶液滴入在弱碱性条件下制备的Al(OH)3沉积中得到溶胶，稀释溶胶后参加已处理过的红磷，得到以红磷为基体的凝胶，经过经过滤、洗刷、枯燥制得氢氧化铝包覆红磷复合资料。试验中以5% Al(OH)3两次包覆红磷阻燃资料的着火点到达327.1℃，要高于化学沉积法相同条件下制备的阻燃资料的着火点317.5℃（王志成，2004）。
4 化学沉积法 复合无机阻燃资料通常是在液相的条件下制备的（此处化学沉积法特指液相沉积法），其基本思路是：在富含基体的溶液中添参加适当的沉积剂（OH-、CO32-、SO42-等），使溶液中的阳离子与沉积剂离子反响或发作水解构成沉积，发作不溶性的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐沉积物，这些沉积物优先成长在外表能较高的基体颗粒外表，然后到达包覆的意图。化学沉积法中发作的沉积物的颗粒大小和形状受沉积剂离子浓度、溶液中的阳离子浓度、温度和pH值等条件的一起制约（周达飞，2001）。
此外，加热技术（温度的凹凸、时刻的长短）会影响到沉积物颗粒的晶型，进而影响复合资料的功能。 非均匀成核法是化学沉积法的一种。非均匀成核是指依托相界、晶界或基体的构造缺点等不均匀部位而成核的进程。这些不均匀部位为成核供给了有利的外表，减小了界面能，使成核构成功削减。依据相变热力学原理，均匀成核的势垒要高于非均匀成核的势垒，所以非均匀成核所需的驱动力要低于均匀成核，故包覆进程中非均匀成核的趋势更显着（石德珂，2003）。
非均匀成核法的原理是经过操控构成包覆层物质的沉积反响浓度介于非均匀成核所需的临界值和均匀成核所需的临界值之间，进而操控包覆层物质在基体颗粒外表非均匀成核成长，然后到达包覆的意图。该法能够准确操控包覆层的厚度及其化学组分。非均匀形核法归于化学沉积法中的一种特别办法（曹冉，2006）。
张清辉运用非均匀成核法制备了氢氧化镁包覆氢氧化铝、氧化锌包覆氢氧化镁、氧化锌包覆氢氧化铝无机阻燃资料，并填充于EVA资猜中取得了复合资料，制备出了力学功能和阻燃功能满意运用请求的无机阻燃资料（张清辉，2006）。
2 机械力化学法 机械力化学法是指经过压缩、剪切、冲突、延伸、曲折、冲击等外力将机械能作用于物料颗粒，然后诱发颗粒的内部构造、物理化学性质的改变，进而促使其与周围环境中的物质发作界面反响的办法（苏小莉，2007）。
学术界普遍以为是Carey Lea最早提出了有关机械力化学的研讨。1882年Carey Lea报导了机械研磨使有些氯化银分化为银和氯气的研讨成果。仅隔两年，在1884年他在文献中又报导了机械研磨使有些HgCl2分化为Hg和Cl2。氯化银和氯化汞的高温稳定性都极好，经细致研讨分析，Carey Lea估测氯化银和氯化汞的分化并非因为温度致使，机械力作用也也许致使化学反响。这为机械力化学理论的提出和展开起了很主要的作用。但也有专家持有异议，以为最早提出机械力化学效应的是Efesus所著的“One Stones”。此书中描绘了在铜研钵顶用铜杆研磨乙酸和硫化汞时得到了液态金属汞的景象。本书是在公元四世纪所著，这充分说明机械力化学的效应很早就为大家所发现。而机械力化学法概念是由德国专家W.Ostwald在20世纪初明确提出的。 固体颗粒在机械力作用下经重复破碎和研磨，粒度细化，比外表积添加，晶格缺点活化，原子间距发作改变，晶格畸变程度加大，颗粒外表无定形化和键发作分裂。这些物理和化学改变均能致使固体总能量的添加，为发作化学反响供给根底。机械力作用也能添加固体颗粒的比外表积并诱导新外表的发作。颗粒比外表积越大，与异质颗粒触摸的面积越大，反响活性也就越高。经过机械破碎的作用，固体粒子外表会发作很多的解理面，晶格会发作畸变或无定形化。在机械外力重复剪切、冲击作用下，晶体的位错密度增大，致使反响平衡常数与反响速率常数增大。机械冲突发作的热又会致使再结晶，剩余应力在晶体内部积累，使得固体颗粒的外表吸附添加，有也许致使新的外表和原子基团的发作。新生外表发作的原子基团能加快颗粒反响活性的进步。关于金属及其氧化物，在机械力作用下还能释放出外激电子，激起等离子区，进而加快进步活性（陈鼎，2008）。
存在同质多相变体的晶体在温度和压力条件恰当的条件下，晶体会发作相变。但是，温度和压力并非是致使晶体相变的仅有途径。晶体在机械力作用下，晶格能进步，发作的能量假如大于亚稳相转变为稳定相的阈值时，也能致使晶体构造的改变。在机械力化学作用的情况下，三斜相的硅灰石转变为单斜相（李冷，2000）。
有研讨标明，对锐钛矿型TiO2在必定的机械力条件下研磨0~20h，其主要晶面（101）、（004）、（200）、（103）的衍射峰强度不断减弱且无定形化，晶格发作畸变。跟着研磨时刻的延伸，金红石型TiO2开端出现，含量逐步添加（吴其胜，2008）。
有专家提出了机械力研磨的进程中系统部分的高温和高压促进了化学反响的发作。 机械力化学主要运用于金属资料、陶瓷资料和高分子制备等范畴，在矿藏加工中的运用尤为广泛。高岭石的构造是由硅氧四面体和铝氧八面体以1:1份额在c轴堆垛成的层状硅酸盐。有研讨标明，高岭石在机械力化学研磨的进程中羟基不断被扫除，脱羟基作用生成的水不断增多，其构造中的Si-O-Al键的强度显着下降，这也说明晰四面体层和八面体层发作剥离，高岭土构造逐步无序化。丁浩、李渊等人运用机械力化学法成功制备了具有颜料功能的氢氧化镁/二氧化钛阻燃矿藏资料。研讨标明，在湿法机械研磨系统中，水镁石颗粒外表的羟基和二氧化钛颗粒外表的羟基发作脱水缩合，构成了Mg-O-Ti键合，二氧化钛颗粒牢固联系在水镁石颗粒的外表（李渊，2007）。
机械力化学法外表改性也是矿藏加工的主要运用。运用机械力化学法实现了聚会纳米氧化锌颗粒的涣散，使氧化锌颗粒外表键合硬脂酸分子，使纳米氧化锌外表变为亲油疏水，大大进步了其在有机溶剂中的涣散性（苏小莉，2008）。
以机械力化学法改性二氧化钛，经过操控球磨系统的技术参数，制备了Fe(OH)3改性的二氧化钛光催化资料。以对亚甲基蓝的降解作用为评估目标，发现经Fe(OH)3改性的二氧化钛的光催化活性得到较大程度的进步（曹怀宝，2007）。
日本专家Fumio Saito等人环绕机械力化学法展开的从矿藏中获取金属的作业也取得必定成果，如从滑石中获取镁（Ezequiel Crux Sanchez，1996），从蛇纹石中获取镁和硅（Qi Zhang，1997），从白钨矿中获取钨（Fumio Saito，1996），从天青石中获取锶（Qi Wu Zhang，1997）等研讨。 机械力化学法分为湿法机械力化学法和干法机械力化学法。湿法机械力化学法常用的设备有球磨机、高速破坏机、拌和球磨机、振荡球磨机、行星球磨机、液体能量球磨机等。比较固相环境，液相环境能使复合的组分间涣散触摸更充分。机械外力供给的能量使颗粒破坏细化，颗粒外表能进步被活化，异质颗粒间发作反响的概率添加，然后到达复合的意图。该法具有系统涣散程度高、系统颗粒包覆均匀等长处，适于终究商品以浆液方式运用的场合。但关于以干粉状况为终究商品的场合则要添加枯燥和磨细等加工环节，添加出产本钱。干法机械力化学法常用设备以气流破坏机为代表。干法机械力化学法是在固相环境下进行的。虽然反响系统的涣散性不如湿法机械力化学法，但该法具有出产效率高、产值大、对环境污染小等长处。 3 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是在近几十年敏捷展开起来的在低温下制备无机新资料的化学办法，简称Sol-Gel法。溶胶-凝胶法以无机盐或金属有机化合物（如醇盐）为前驱体，将前驱体溶于溶剂（水或有机溶液）中。经过在反响系统中引进基体，即可将前驱体在溶剂中水解或醇解反响得到的生成物溶胶包覆在基体外表，经过操控反响条件使溶胶转变成凝胶后，进而实现基体的包覆。溶胶-凝胶法可在较低温度下取得纯度较高的均相多组分系统，能制备出传统手法技术不易合成的具有特别构造、性质和功能的资料，如纳米复合资料、包膜资料和领先陶瓷资料、高温超导氧化物资料和中空玻璃微球等。但是，溶胶-凝胶法质料本钱高，且多为有机溶剂，不利于人体健康和环境保护。此外，制备进程产值不高，不适合于大规模出产。制备进程中溶胶到凝胶进程大的收缩量会致使气孔和其它杂质的剩余和聚集，不易制得大尺度商品。 把浓度为10%的硝酸铝溶液滴入在弱碱性条件下制备的Al(OH)3沉积中得到溶胶，稀释溶胶后参加已处理过的红磷，得到以红磷为基体的凝胶，经过经过滤、洗刷、枯燥制得氢氧化铝包覆红磷复合资料。试验中以5% Al(OH)3两次包覆红磷阻燃资料的着火点到达327.1℃，要高于化学沉积法相同条件下制备的阻燃资料的着火点317.5℃（王志成，2004）。
4 化学沉积法 复合无机阻燃资料通常是在液相的条件下制备的（此处化学沉积法特指液相沉积法），其基本思路是：在富含基体的溶液中添参加适当的沉积剂（OH-、CO32-、SO42-等），使溶液中的阳离子与沉积剂离子反响或发作水解构成沉积，发作不溶性的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐沉积物，这些沉积物优先成长在外表能较高的基体颗粒外表，然后到达包覆的意图。化学沉积法中发作的沉积物的颗粒大小和形状受沉积剂离子浓度、溶液中的阳离子浓度、温度和pH值等条件的一起制约（周达飞，2001）。
此外，加热技术（温度的凹凸、时刻的长短）会影响到沉积物颗粒的晶型，进而影响复合资料的功能。 非均匀成核法是化学沉积法的一种。非均匀成核是指依托相界、晶界或基体的构造缺点等不均匀部位而成核的进程。这些不均匀部位为成核供给了有利的外表，减小了界面能，使成核构成功削减。依据相变热力学原理，均匀成核的势垒要高于非均匀成核的势垒，所以非均匀成核所需的驱动力要低于均匀成核，故包覆进程中非均匀成核的趋势更显着（石德珂，2003）。
非均匀成核法的原理是经过操控构成包覆层物质的沉积反响浓度介于非均匀成核所需的临界值和均匀成核所需的临界值之间，进而操控包覆层物质在基体颗粒外表非均匀成核成长，然后到达包覆的意图。该法能够准确操控包覆层的厚度及其化学组分。非均匀形核法归于化学沉积法中的一种特别办法（曹冉，2006）。
张清辉运用非均匀成核法制备了氢氧化镁包覆氢氧化铝、氧化锌包覆氢氧化镁、氧化锌包覆氢氧化铝无机阻燃资料，并填充于EVA资猜中取得了复合资料，制备出了力学功能和阻燃功能满意运用请求的无机阻燃资料（张清辉，2006）。
