中國(guó)粉體網(wǎng)訊 無(wú)機(jī)粒子無(wú)毒、尺寸穩(wěn)定性好、耐高溫及比表面積大，可以提高阻燃劑熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、降低吸水性。碳酸鈣（CaCO3）作為高分子材料中常用的填充改性材料，既可提高復(fù)合材料的剛性、硬度、耐磨性、耐熱性和制品的尺寸穩(wěn)定性等，又能降低其產(chǎn)品的成本。
碳酸鈣
1、碳酸鈣的阻燃作用與應(yīng)用價(jià)值
在阻燃方面碳酸鈣主要應(yīng)用于聚合物基復(fù)合材料、木材/纖維改性、涂料改性等方面。
作為阻燃劑的作用原理主要有三個(gè)方面：
吸熱作用：碳酸鈣在高溫下會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，吸收大量的熱量，從而降低材料表面的溫度，減緩燃燒的速度。其分解反應(yīng)方程式為：CaCO3→CaO + CO2↑，該反應(yīng)在一定程度上能抑制材料溫度的上升，使材料不易達(dá)到燃點(diǎn)。
稀釋作用：碳酸鈣可以均勻地分散在材料中，將可燃物質(zhì)稀釋?zhuān)档涂扇嘉镔|(zhì)的濃度，使燃燒難以持續(xù)進(jìn)行。當(dāng)材料中的可燃成分被大量碳酸鈣稀釋后，燃燒時(shí)可供反應(yīng)的可燃物質(zhì)減少，從而起到阻燃作用。
阻隔作用：碳酸鈣分解產(chǎn)生的氧化鈣會(huì)在材料表面形成一層致密的保護(hù)膜，阻隔氧氣與可燃物質(zhì)的接觸，切斷燃燒的三要素之一——氧氣供應(yīng)，進(jìn)而阻止燃燒的繼續(xù)進(jìn)行。同時(shí)，生成的二氧化碳?xì)怏w也會(huì)在一定程度上稀釋周?chē)难鯕鉂舛龋o助阻燃。
此外，碳酸鈣對(duì)阻燃材料的力學(xué)性能也有一定的提升作用，改性碳酸鈣與高聚物的相容性也高于許多阻燃劑，而且在添加納米碳酸鈣的材料中也會(huì)展現(xiàn)一些特殊的納米材料性能。整體而言，碳酸鈣在阻燃材料中應(yīng)用具備較大的潛力。也有觀點(diǎn)指出，碳酸鈣主要是一種增量填料，有一定的補(bǔ)強(qiáng)和阻燃作用，但阻燃效率低、耐溫性能不高。
那碳酸鈣在阻燃材料中究竟表現(xiàn)如何呢？
2、碳酸鈣在阻燃材料中應(yīng)用方向
（1）復(fù)合阻燃劑
氫氧化鎂阻燃劑分解溫度高(340℃～450℃)，熱分解產(chǎn)物為MgO和H2O，不釋放任何有毒有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康沒(méi)有任何危害。因此，氫氧化鎂阻燃劑成為目前最受關(guān)注的無(wú)機(jī)類(lèi)阻燃劑之一，具有廣闊的應(yīng)用前景。但氫氧化鎂對(duì)聚合物的兼容性不佳，力學(xué)性能提升有限會(huì)限制其應(yīng)用范圍。
郭亞欣等探究碳酸鈣（CaCO3）與氫氧化鎂（MH）復(fù)配后對(duì)乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）阻燃性能及絕緣性能的影響。結(jié)果表明，適量CaCO3的添加，可以提高熱縮材料的力學(xué)性能、電性能、阻燃性能。在CaCO3和MH總添加量為120phr的前提下，添加10phrCaCO3的材料的力學(xué)性能、阻燃性能最好，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和LOI分別達(dá)到最大值11MPa、370%和30.5%，添加20phrCaCO3的材料的絕緣性能最好，介電強(qiáng)度和體積電阻率分別取得最大值32.7kV/mm和8×1012Ω·m。
（2）阻燃硅橡膠
飛機(jī)用防火密封材料的防火性能是指材料暴露在持續(xù)火焰中時(shí)防止火焰穿透的能力，要求材料承受1100℃的火焰至少15min且不穿透。吳娜等比較了碳酸鈣和氫氧化鎂對(duì)加成型硅橡膠力學(xué)、耐熱、阻燃和防火性能的影響，分析了填料對(duì)硅橡膠熱失重過(guò)程的影響。結(jié)果表明，碳酸鈣填料的用量即使達(dá)到150份，制備的硅橡膠仍然不具備自熄性能；但碳酸鈣可以賦予硅橡膠良好的防火性能，僅添加50份碳酸鈣就能防止火焰穿透，而氫氧化鎂即使添加到150份，硅橡膠仍然會(huì)在不到5min的時(shí)間內(nèi)被燒穿，說(shuō)明單獨(dú)使用氫氧化鎂不能使硅橡膠具有防火性能。
碳酸鈣和氫氧化鎂對(duì)硅橡膠防火阻燃性能的影響差異在于填料本身分解溫度和硅橡膠燃燒分解溫度的匹配性；兩者并用，可以得到補(bǔ)強(qiáng)、耐熱、阻燃和防火等綜合性能更好的硅橡膠。
火焰沖擊15min時(shí)硅橡膠的背面照片
不燒穿且背面碳層完好
（3）阻燃密封膠
阻燃有機(jī)硅密封膠阻燃性的提高常常與其力學(xué)性能相沖突，如為了達(dá)到一定的阻燃性能而添加較多阻燃填料會(huì)使得膠料彈性變差，拉斷伸長(zhǎng)率降低，但不添加足夠的阻燃填料又難以達(dá)到要求的阻燃性能。此外，阻燃填料通常具有增加黏稠度的作用，但卻不能使膠料具備觸變性，添加后往往還會(huì)造成膠料較稠且流淌的情況。基于上述種種難以兼顧的“矛盾”，膠粘劑用納米碳酸鈣的阻燃性能備受期待。
張丹丹等采用納米碳酸鈣與氣相法白炭黑作補(bǔ)強(qiáng)填料制備阻燃有機(jī)硅密封膠，研究了其與阻燃填料的相容性。結(jié)果表明：當(dāng)納米碳酸鈣用量為50%，含氮阻燃填料FS－480D用量為18%時(shí)，密封膠的阻燃性能即可達(dá)到FV－0級(jí)，力學(xué)性能較好且觸變性不受影響；在含氮阻燃填料FS－480D用量相同的情況下，相比氣相法白炭黑，納米碳酸鈣與該阻燃填料的相容性更好。
（4）阻燃纖維
基于聚酰胺廢棄纖維的濕法涂層技術(shù)是目前制備商標(biāo)織帶等涂層紡織品的主要手段，也是聚酰胺纖維物理回收利用的重要方式，具有生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品性能優(yōu)良等特點(diǎn)。
陳智杰等采用含硅磷阻燃成分的偶聯(lián)改性劑對(duì)碳酸鈣進(jìn)行表面接枝改性以提升分散性并賦予其阻燃功能，并成功在織物上構(gòu)建表面光滑平整的多孔、薄型聚酰胺涂層。研究表明，改性碳酸鈣具有良好的親油性，其所制聚酰胺6涂層織物擁有較好的阻燃效果。
（5）阻燃涂料
防火涂料可有效阻止火勢(shì)失控蔓延，爭(zhēng)取寶貴的主動(dòng)滅火時(shí)間，降低災(zāi)害損失。梁泳田等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳酸鈣與云母粉用量均為60份時(shí)涂層膨脹效果與阻燃效果均達(dá)到最佳水平，綜上可總結(jié)出最佳的防火粉末涂料配方。
不同填料配比對(duì)涂層性能的影響
從阻燃原理來(lái)看，碳酸鈣與氫氧化鋁燃燒時(shí)會(huì)釋放氣體，會(huì)造成顯著的膨脹效果，因此碳酸鈣與氫氧化鋁的膨脹隔熱效果較好；硅微粉與云母粉均為硅酸鹽結(jié)構(gòu)化合物，耐溫阻燃效果較佳，且云母的片狀結(jié)構(gòu)有利于增強(qiáng)碳化層硬度和強(qiáng)度，再綜合考慮成本因素，最終選擇碳酸鈣與云母粉復(fù)配的填料搭配方式。
（6）阻燃膠粘劑
由于硅烷改性聚醚膠粘接性廣泛，綜合性能較好，在工業(yè)和建筑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。袁胤綸等通過(guò)改變阻燃劑聚磷酸銨阻燃劑(APP)，重質(zhì)碳酸鈣和納米碳酸鈣的加入份數(shù)，探究了硅烷改性密封膠的阻燃性能，力學(xué)性能和施工性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明：選用聚磷酸銨APP的份數(shù)為160份，重質(zhì)碳酸鈣為80份，納米碳酸鈣為80份，能制得滿足位移能力25LM級(jí)別，阻燃性為V-0級(jí)別的阻燃型硅烷改性聚醚密封膠。
結(jié)語(yǔ)
碳酸鈣在阻燃劑中的作用是阻燃嗎？
參考來(lái)源：
梁泳田，鋼結(jié)構(gòu)防火粉末涂料的研制及性能研究，中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司
張丹丹，阻燃有機(jī)硅密封膠中阻燃填料與補(bǔ)強(qiáng)填料的適配性研究，湖北興瑞化工有限公司
袁胤綸，阻燃型硅烷改性聚醚密封膠的研制，廣州市白云化工實(shí)業(yè)有限公司
何彩瑀，阻燃劑的研究及應(yīng)用綜述，沈陽(yáng)理工大學(xué)
吳娜，碳酸鈣和氫氧化鎂對(duì)加成型硅橡膠性能的影響，中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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