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礦物阻燃材料之間的復合方法與機理
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作者:haiyangky
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發布時間: 2962天前
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1 機械混合法 機械混合法是指經過機械外力（如剪切力、沖突力、沖擊力、擠壓力等）作用，將包覆劑均勻包覆在基體顆粒的外表，使粉體經均勻混合制成復合礦藏阻燃資料的辦法。該法具有本錢低廉、加工技術簡略，可接連化出產等長處。但是，該法制備的復合礦藏阻燃資猜中，異質組分彼此渙散進入對方顆粒中的趨勢不顯著，包覆劑和包覆基體間相對方位不確定，屬無序計算散布。包覆劑和包覆基體間僅靠靜電力、粘附力和范德華力實現微弱的聯系，致使包覆劑顆粒間、基體顆粒之間、復合阻燃資料顆粒間的聚會嚴峻。因此，機械混合法制備的復合阻燃資料的功能較差，運用于高聚物基體中時阻燃功能和機械功能都不能到達抱負的作用。傳統的無機阻燃劑（如氫氧化鎂、氫氧化鋁等）大多以填料的角色以機械混合的辦法參加到高分子基體中，致使資料的加工功能和機械功能遭到必定程度的影響。
2 機械力化學法 機械力化學法是指經過壓縮、剪切、沖突、延伸、曲折、沖擊等外力將機械能作用于物料顆粒，然后誘發顆粒的內部構造、物理化學性質的改變，進而促使其與周圍環境中的物質發作界面反響的辦法（蘇小莉，2007）。
學術界普遍以為是Carey Lea最早提出了有關機械力化學的研討。1882年Carey Lea報導了機械研磨使有些氯化銀分化為銀和氯氣的研討成果。僅隔兩年，在1884年他在文獻中又報導了機械研磨使有些HgCl2分化為Hg和Cl2。氯化銀和氯化汞的高溫穩定性都極好，經細致研討分析，Carey Lea估測氯化銀和氯化汞的分化并非因為溫度致使，機械力作用也也許致使化學反響。這為機械力化學理論的提出和展開起了很主要的作用。但也有專家持有異議，以為最早提出機械力化學效應的是Efesus所著的“One Stones”。此書中描繪了在銅研缽頂用銅桿研磨乙酸和硫化汞時得到了液態金屬汞的景象。本書是在公元四世紀所著，這充分說明機械力化學的效應很早就為大家所發現。而機械力化學法概念是由德國專家W.Ostwald在20世紀初明確提出的。 固體顆粒在機械力作用下經重復破碎和研磨，粒度細化，比外表積添加，晶格缺點活化，原子間距發作改變，晶格畸變程度加大，顆粒外表無定形化和鍵發作分裂。這些物理和化學改變均能致使固體總能量的添加，為發作化學反響供給根底。機械力作用也能添加固體顆粒的比外表積并誘導新外表的發作。顆粒比外表積越大，與異質顆粒觸摸的面積越大，反響活性也就越高。經過機械破碎的作用，固體粒子外表會發作很多的解理面，晶格會發作畸變或無定形化。在機械外力重復剪切、沖擊作用下，晶體的位錯密度增大，致使反響平衡常數與反響速率常數增大。機械沖突發作的熱又會致使再結晶，剩余應力在晶體內部積累，使得固體顆粒的外表吸附添加，有也許致使新的外表和原子基團的發作。新生外表發作的原子基團能加快顆粒反響活性的進步。關于金屬及其氧化物，在機械力作用下還能釋放出外激電子，激起等離子區，進而加快進步活性（陳鼎，2008）。
存在同質多相變體的晶體在溫度和壓力條件恰當的條件下，晶體會發作相變。但是，溫度和壓力并非是致使晶體相變的僅有途徑。晶體在機械力作用下，晶格能進步，發作的能量假如大于亞穩相轉變為穩定相的閾值時，也能致使晶體構造的改變。在機械力化學作用的情況下，三斜相的硅灰石轉變為單斜相（李冷，2000）。
有研討標明，對銳鈦礦型TiO2在必定的機械力條件下研磨0~20h，其主要晶面（101）、（004）、（200）、（103）的衍射峰強度不斷減弱且無定形化，晶格發作畸變。跟著研磨時刻的延伸，金紅石型TiO2開端出現，含量逐步添加（吳其勝，2008）。
有專家提出了機械力研磨的進程中系統部分的高溫和高壓促進了化學反響的發作。 機械力化學主要運用于金屬資料、陶瓷資料和高分子制備等范疇，在礦藏加工中的運用尤為廣泛。高嶺石的構造是由硅氧四面體和鋁氧八面體以1:1份額在c軸堆垛成的層狀硅酸鹽。有研討標明，高嶺石在機械力化學研磨的進程中羥基不斷被掃除，脫羥基作用生成的水不斷增多，其構造中的Si-O-Al鍵的強度顯著下降，這也說明晰四面體層和八面體層發作剝離，高嶺土構造逐步無序化。丁浩、李淵等人運用機械力化學法成功制備了具有顏料功能的氫氧化鎂/二氧化鈦阻燃礦藏資料。研討標明，在濕法機械研磨系統中，水鎂石顆粒外表的羥基和二氧化鈦顆粒外表的羥基發作脫水縮合，構成了Mg-O-Ti鍵合，二氧化鈦顆粒牢固聯系在水鎂石顆粒的外表（李淵，2007）。
機械力化學法外表改性也是礦藏加工的主要運用。運用機械力化學法實現了聚會納米氧化鋅顆粒的渙散，使氧化鋅顆粒外表鍵合硬脂酸分子，使納米氧化鋅外表變為親油疏水，大大進步了其在有機溶劑中的渙散性（蘇小莉，2008）。
以機械力化學法改性二氧化鈦，經過操控球磨系統的技術參數，制備了Fe(OH)3改性的二氧化鈦光催化資料。以對亞甲基藍的降解作用為評估目標，發現經Fe(OH)3改性的二氧化鈦的光催化活性得到較大程度的進步（曹懷寶，2007）。
日本專家Fumio Saito等人環繞機械力化學法展開的從礦藏中獲取金屬的作業也取得必定成果，如從滑石中獲取鎂（Ezequiel Crux Sanchez，1996），從蛇紋石中獲取鎂和硅（Qi Zhang，1997），從白鎢礦中獲取鎢（Fumio Saito，1996），從天青石中獲取鍶（Qi Wu Zhang，1997）等研討。 機械力化學法分為濕法機械力化學法和干法機械力化學法。濕法機械力化學法常用的設備有球磨機、高速破壞機、拌和球磨機、振蕩球磨機、行星球磨機、液體能量球磨機等。比較固相環境，液相環境能使復合的組分間渙散觸摸更充分。機械外力供給的能量使顆粒破壞細化，顆粒外表能進步被活化，異質顆粒間發作反響的概率添加，然后到達復合的意圖。該法具有系統渙散程度高、系統顆粒包覆均勻等長處，適于終究商品以漿液方式運用的場合。但關于以干粉狀況為終究商品的場合則要添加枯燥和磨細等加工環節，添加出產本錢。干法機械力化學法常用設備以氣流破壞機為代表。干法機械力化學法是在固相環境下進行的。雖然反響系統的渙散性不如濕法機械力化學法，但該法具有出產效率高、產值大、對環境污染小等長處。 3 溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法是在近幾十年敏捷展開起來的在低溫下制備無機新資料的化學辦法，簡稱Sol-Gel法。溶膠-凝膠法以無機鹽或金屬有機化合物（如醇鹽）為前驅體，將前驅體溶于溶劑（水或有機溶液）中。經過在反響系統中引進基體，即可將前驅體在溶劑中水解或醇解反響得到的生成物溶膠包覆在基體外表，經過操控反響條件使溶膠轉變成凝膠后，進而實現基體的包覆。溶膠-凝膠法可在較低溫度下取得純度較高的均相多組分系統，能制備出傳統手法技術不易合成的具有特別構造、性質和功能的資料，如納米復合資料、包膜資料和領先陶瓷資料、高溫超導氧化物資料和中空玻璃微球等。但是，溶膠-凝膠法質料本錢高，且多為有機溶劑，不利于人體健康和環境保護。此外，制備進程產值不高，不適合于大規模出產。制備進程中溶膠到凝膠進程大的收縮量會致使氣孔和其它雜質的剩余和聚集，不易制得大尺度商品。 把濃度為10%的硝酸鋁溶液滴入在弱堿性條件下制備的Al(OH)3沉積中得到溶膠，稀釋溶膠后參加已處理過的紅磷，得到以紅磷為基體的凝膠，經過經過濾、洗刷、枯燥制得氫氧化鋁包覆紅磷復合資料。試驗中以5% Al(OH)3兩次包覆紅磷阻燃資料的著火點到達327.1℃，要高于化學沉積法相同條件下制備的阻燃資料的著火點317.5℃（王志成，2004）。
4 化學沉積法 復合無機阻燃資料通常是在液相的條件下制備的（此處化學沉積法特指液相沉積法），其基本思路是：在富含基體的溶液中添參加適當的沉積劑（OH-、CO32-、SO42-等），使溶液中的陽離子與沉積劑離子反響或發作水解構成沉積，發作不溶性的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽沉積物，這些沉積物優先成長在外表能較高的基體顆粒外表，然后到達包覆的意圖?；瘜W沉積法中發作的沉積物的顆粒大小和形狀受沉積劑離子濃度、溶液中的陽離子濃度、溫度和pH值等條件的一起制約（周達飛，2001）。
此外，加熱技術（溫度的凹凸、時刻的長短）會影響到沉積物顆粒的晶型，進而影響復合資料的功能。 非均勻成核法是化學沉積法的一種。非均勻成核是指依托相界、晶界或基體的構造缺點等不均勻部位而成核的進程。這些不均勻部位為成核供給了有利的外表，減小了界面能，使成核構成功削減。依據相變熱力學原理，均勻成核的勢壘要高于非均勻成核的勢壘，所以非均勻成核所需的驅動力要低于均勻成核，故包覆進程中非均勻成核的趨勢更顯著（石德珂，2003）。
非均勻成核法的原理是經過操控構成包覆層物質的沉積反響濃度介于非均勻成核所需的臨界值和均勻成核所需的臨界值之間，進而操控包覆層物質在基體顆粒外表非均勻成核成長，然后到達包覆的意圖。該法能夠準確操控包覆層的厚度及其化學組分。非均勻形核法歸于化學沉積法中的一種特別辦法（曹冉，2006）。
張清輝運用非均勻成核法制備了氫氧化鎂包覆氫氧化鋁、氧化鋅包覆氫氧化鎂、氧化鋅包覆氫氧化鋁無機阻燃資料，并填充于EVA資猜中取得了復合資料，制備出了力學功能和阻燃功能滿意運用請求的無機阻燃資料（張清輝，2006）。
2 機械力化學法 機械力化學法是指經過壓縮、剪切、沖突、延伸、曲折、沖擊等外力將機械能作用于物料顆粒，然后誘發顆粒的內部構造、物理化學性質的改變，進而促使其與周圍環境中的物質發作界面反響的辦法（蘇小莉，2007）。
學術界普遍以為是Carey Lea最早提出了有關機械力化學的研討。1882年Carey Lea報導了機械研磨使有些氯化銀分化為銀和氯氣的研討成果。僅隔兩年，在1884年他在文獻中又報導了機械研磨使有些HgCl2分化為Hg和Cl2。氯化銀和氯化汞的高溫穩定性都極好，經細致研討分析，Carey Lea估測氯化銀和氯化汞的分化并非因為溫度致使，機械力作用也也許致使化學反響。這為機械力化學理論的提出和展開起了很主要的作用。但也有專家持有異議，以為最早提出機械力化學效應的是Efesus所著的“One Stones”。此書中描繪了在銅研缽頂用銅桿研磨乙酸和硫化汞時得到了液態金屬汞的景象。本書是在公元四世紀所著，這充分說明機械力化學的效應很早就為大家所發現。而機械力化學法概念是由德國專家W.Ostwald在20世紀初明確提出的。 固體顆粒在機械力作用下經重復破碎和研磨，粒度細化，比外表積添加，晶格缺點活化，原子間距發作改變，晶格畸變程度加大，顆粒外表無定形化和鍵發作分裂。這些物理和化學改變均能致使固體總能量的添加，為發作化學反響供給根底。機械力作用也能添加固體顆粒的比外表積并誘導新外表的發作。顆粒比外表積越大，與異質顆粒觸摸的面積越大，反響活性也就越高。經過機械破碎的作用，固體粒子外表會發作很多的解理面，晶格會發作畸變或無定形化。在機械外力重復剪切、沖擊作用下，晶體的位錯密度增大，致使反響平衡常數與反響速率常數增大。機械沖突發作的熱又會致使再結晶，剩余應力在晶體內部積累，使得固體顆粒的外表吸附添加，有也許致使新的外表和原子基團的發作。新生外表發作的原子基團能加快顆粒反響活性的進步。關于金屬及其氧化物，在機械力作用下還能釋放出外激電子，激起等離子區，進而加快進步活性（陳鼎，2008）。
存在同質多相變體的晶體在溫度和壓力條件恰當的條件下，晶體會發作相變。但是，溫度和壓力并非是致使晶體相變的僅有途徑。晶體在機械力作用下，晶格能進步，發作的能量假如大于亞穩相轉變為穩定相的閾值時，也能致使晶體構造的改變。在機械力化學作用的情況下，三斜相的硅灰石轉變為單斜相（李冷，2000）。
有研討標明，對銳鈦礦型TiO2在必定的機械力條件下研磨0~20h，其主要晶面（101）、（004）、（200）、（103）的衍射峰強度不斷減弱且無定形化，晶格發作畸變。跟著研磨時刻的延伸，金紅石型TiO2開端出現，含量逐步添加（吳其勝，2008）。
有專家提出了機械力研磨的進程中系統部分的高溫和高壓促進了化學反響的發作。 機械力化學主要運用于金屬資料、陶瓷資料和高分子制備等范疇，在礦藏加工中的運用尤為廣泛。高嶺石的構造是由硅氧四面體和鋁氧八面體以1:1份額在c軸堆垛成的層狀硅酸鹽。有研討標明，高嶺石在機械力化學研磨的進程中羥基不斷被掃除，脫羥基作用生成的水不斷增多，其構造中的Si-O-Al鍵的強度顯著下降，這也說明晰四面體層和八面體層發作剝離，高嶺土構造逐步無序化。丁浩、李淵等人運用機械力化學法成功制備了具有顏料功能的氫氧化鎂/二氧化鈦阻燃礦藏資料。研討標明，在濕法機械研磨系統中，水鎂石顆粒外表的羥基和二氧化鈦顆粒外表的羥基發作脫水縮合，構成了Mg-O-Ti鍵合，二氧化鈦顆粒牢固聯系在水鎂石顆粒的外表（李淵，2007）。
機械力化學法外表改性也是礦藏加工的主要運用。運用機械力化學法實現了聚會納米氧化鋅顆粒的渙散，使氧化鋅顆粒外表鍵合硬脂酸分子，使納米氧化鋅外表變為親油疏水，大大進步了其在有機溶劑中的渙散性（蘇小莉，2008）。
以機械力化學法改性二氧化鈦，經過操控球磨系統的技術參數，制備了Fe(OH)3改性的二氧化鈦光催化資料。以對亞甲基藍的降解作用為評估目標，發現經Fe(OH)3改性的二氧化鈦的光催化活性得到較大程度的進步（曹懷寶，2007）。
日本專家Fumio Saito等人環繞機械力化學法展開的從礦藏中獲取金屬的作業也取得必定成果，如從滑石中獲取鎂（Ezequiel Crux Sanchez，1996），從蛇紋石中獲取鎂和硅（Qi Zhang，1997），從白鎢礦中獲取鎢（Fumio Saito，1996），從天青石中獲取鍶（Qi Wu Zhang，1997）等研討。 機械力化學法分為濕法機械力化學法和干法機械力化學法。濕法機械力化學法常用的設備有球磨機、高速破壞機、拌和球磨機、振蕩球磨機、行星球磨機、液體能量球磨機等。比較固相環境，液相環境能使復合的組分間渙散觸摸更充分。機械外力供給的能量使顆粒破壞細化，顆粒外表能進步被活化，異質顆粒間發作反響的概率添加，然后到達復合的意圖。該法具有系統渙散程度高、系統顆粒包覆均勻等長處，適于終究商品以漿液方式運用的場合。但關于以干粉狀況為終究商品的場合則要添加枯燥和磨細等加工環節，添加出產本錢。干法機械力化學法常用設備以氣流破壞機為代表。干法機械力化學法是在固相環境下進行的。雖然反響系統的渙散性不如濕法機械力化學法，但該法具有出產效率高、產值大、對環境污染小等長處。 3 溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法是在近幾十年敏捷展開起來的在低溫下制備無機新資料的化學辦法，簡稱Sol-Gel法。溶膠-凝膠法以無機鹽或金屬有機化合物（如醇鹽）為前驅體，將前驅體溶于溶劑（水或有機溶液）中。經過在反響系統中引進基體，即可將前驅體在溶劑中水解或醇解反響得到的生成物溶膠包覆在基體外表，經過操控反響條件使溶膠轉變成凝膠后，進而實現基體的包覆。溶膠-凝膠法可在較低溫度下取得純度較高的均相多組分系統，能制備出傳統手法技術不易合成的具有特別構造、性質和功能的資料，如納米復合資料、包膜資料和領先陶瓷資料、高溫超導氧化物資料和中空玻璃微球等。但是，溶膠-凝膠法質料本錢高，且多為有機溶劑，不利于人體健康和環境保護。此外，制備進程產值不高，不適合于大規模出產。制備進程中溶膠到凝膠進程大的收縮量會致使氣孔和其它雜質的剩余和聚集，不易制得大尺度商品。 把濃度為10%的硝酸鋁溶液滴入在弱堿性條件下制備的Al(OH)3沉積中得到溶膠，稀釋溶膠后參加已處理過的紅磷，得到以紅磷為基體的凝膠，經過經過濾、洗刷、枯燥制得氫氧化鋁包覆紅磷復合資料。試驗中以5% Al(OH)3兩次包覆紅磷阻燃資料的著火點到達327.1℃，要高于化學沉積法相同條件下制備的阻燃資料的著火點317.5℃（王志成，2004）。
4 化學沉積法 復合無機阻燃資料通常是在液相的條件下制備的（此處化學沉積法特指液相沉積法），其基本思路是：在富含基體的溶液中添參加適當的沉積劑（OH-、CO32-、SO42-等），使溶液中的陽離子與沉積劑離子反響或發作水解構成沉積，發作不溶性的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽沉積物，這些沉積物優先成長在外表能較高的基體顆粒外表，然后到達包覆的意圖?；瘜W沉積法中發作的沉積物的顆粒大小和形狀受沉積劑離子濃度、溶液中的陽離子濃度、溫度和pH值等條件的一起制約（周達飛，2001）。
此外，加熱技術（溫度的凹凸、時刻的長短）會影響到沉積物顆粒的晶型，進而影響復合資料的功能。 非均勻成核法是化學沉積法的一種。非均勻成核是指依托相界、晶界或基體的構造缺點等不均勻部位而成核的進程。這些不均勻部位為成核供給了有利的外表，減小了界面能，使成核構成功削減。依據相變熱力學原理，均勻成核的勢壘要高于非均勻成核的勢壘，所以非均勻成核所需的驅動力要低于均勻成核，故包覆進程中非均勻成核的趨勢更顯著（石德珂，2003）。
非均勻成核法的原理是經過操控構成包覆層物質的沉積反響濃度介于非均勻成核所需的臨界值和均勻成核所需的臨界值之間，進而操控包覆層物質在基體顆粒外表非均勻成核成長，然后到達包覆的意圖。該法能夠準確操控包覆層的厚度及其化學組分。非均勻形核法歸于化學沉積法中的一種特別辦法（曹冉，2006）。
張清輝運用非均勻成核法制備了氫氧化鎂包覆氫氧化鋁、氧化鋅包覆氫氧化鎂、氧化鋅包覆氫氧化鋁無機阻燃資料，并填充于EVA資猜中取得了復合資料，制備出了力學功能和阻燃功能滿意運用請求的無機阻燃資料（張清輝，2006）。
