中國粉體網(wǎng)訊 無機粒子無毒、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、力學性能、導電性能、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用價值
在阻燃方面碳酸鈣主要應用于聚合物基復合材料、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方面：
吸熱作用：碳酸鈣在高溫下會發(fā)生分解反應，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。其分解反應方程式為：CaCO3→CaO + CO2↑，該反應在一定程度上能抑制材料溫度的上升，使材料不易達到燃點。
稀釋作用：碳酸鈣可以均勻地分散在材料中，將可燃物質稀釋，降低可燃物質的濃度，使燃燒難以持續(xù)進行。當材料中的可燃成分被大量碳酸鈣稀釋后，燃燒時可供反應的可燃物質減少，從而起到阻燃作用。
阻隔作用：碳酸鈣分解產(chǎn)生的氧化鈣會在材料表面形成一層致密的保護膜，阻隔氧氣與可燃物質的接觸，切斷燃燒的三要素之一——氧氣供應，進而阻止燃燒的繼續(xù)進行。同時，生成的二氧化碳氣體也會在一定程度上稀釋周圍的氧氣濃度，輔助阻燃。
此外，碳酸鈣對阻燃材料的力學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用具備較大的潛力。也有觀點指出，碳酸鈣主要是一種增量填料，有一定的補強和阻燃作用，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用方向
（1）復合阻燃劑
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，對環(huán)境和人類健康沒有任何危害。因此，氫氧化鎂阻燃劑成為目前最受關注的無機類阻燃劑之一，具有廣闊的應用前景。但氫氧化鎂對聚合物的兼容性不佳，力學性能提升有限會限制其應用范圍。
郭亞欣等探究碳酸鈣（CaCO3）與氫氧化鎂（MH）復配后對乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）阻燃性能及絕緣性能的影響。結果表明，適量CaCO3的添加，可以提高熱縮材料的力學性能、電性能、阻燃性能。在CaCO3和MH總添加量為120phr的前提下，添加10phrCaCO3的材料的力學性能、阻燃性能最好，拉伸強度、斷裂伸長率和LOI分別達到最大值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加成型硅橡膠力學、耐熱、阻燃和防火性能的影響，分析了填料對硅橡膠熱失重過程的影響。結果表明，碳酸鈣填料的用量即使達到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，硅橡膠仍然會在不到5min的時間內被燒穿，說明單獨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，可以得到補強、耐熱、阻燃和防火等綜合性能更好的硅橡膠。
火焰沖擊15min時硅橡膠的背面照片
不燒穿且背面碳層完好
（3）阻燃密封膠
阻燃有機硅密封膠阻燃性的提高常常與其力學性能相沖突，如為了達到一定的阻燃性能而添加較多阻燃填料會使得膠料彈性變差，拉斷伸長率降低，但不添加足夠的阻燃填料又難以達到要求的阻燃性能。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，添加后往往還會造成膠料較稠且流淌的情況�；谏鲜龇N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強填料制備阻燃有機硅密封膠，研究了其與阻燃填料的相容性。結果表明：當納米碳酸鈣用量為50%，含氮阻燃填料FS－480D用量為18%時，密封膠的阻燃性能即可達到FV－0級，力學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是目前制備商標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。
陳智杰等采用含硅磷阻燃成分的偶聯(lián)改性劑對碳酸鈣進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失控蔓延，爭取寶貴的主動滅火時間，降低災害損失。梁泳田等研究發(fā)現(xiàn)當碳酸鈣與云母粉用量均為60份時涂層膨脹效果與阻燃效果均達到最佳水平，綜上可總結出最佳的防火粉末涂料配方。
不同填料配比對涂層性能的影響
從阻燃原理來看，碳酸鈣與氫氧化鋁燃燒時會釋放氣體，會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構化合物，耐溫阻燃效果較佳，且云母的片狀結構有利于增強碳化層硬度和強度，再綜合考慮成本因素，最終選擇碳酸鈣與云母粉復配的填料搭配方式。
（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)和建筑領域應用廣泛。袁胤綸等通過改變阻燃劑聚磷酸銨阻燃劑(APP)，重質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，力學性能和施工性能的變化規(guī)律。結果表明：選用聚磷酸銨APP的份數(shù)為160份，重質碳酸鈣為80份，納米碳酸鈣為80份，能制得滿足位移能力25LM級別，阻燃性為V-0級別的阻燃型硅烷改性聚醚密封膠。
結語
碳酸鈣在阻燃劑中的作用是阻燃嗎？
參考來源：
梁泳田，鋼結構防火粉末涂料的研制及性能研究，中國電器科學研究院股份有限公司
張丹丹，阻燃有機硅密封膠中阻燃填料與補強填料的適配性研究，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，廣州市白云化工實業(yè)有限公司
何彩瑀，阻燃劑的研究及應用綜述，沈陽理工大學
吳娜，碳酸鈣和氫氧化鎂對加成型硅橡膠性能的影響，中國航發(fā)北京航空材料研究院
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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