專利名稱：重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦物加工與非金屬礦物材料領(lǐng)域，具體涉及重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
目前，塑料、橡膠等高聚物基材料得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是，這類材料燃點低、容易著火，盡管在建筑、交通工具、電線電纜和電器設(shè)備及其它應(yīng)用領(lǐng)域采取了嚴格的防火措施，每年仍發(fā)生數(shù)以千計的火災(zāi)，造成大量的生命和財產(chǎn)損失。為了減少因使用這些材料而引發(fā)的火災(zāi)，在制造這些材料時需添加阻燃劑。目前，阻燃劑可分為有機和無機二大類，有機阻燃劑是一類含氯、溴等的有機鹵素類阻燃劑，當高聚物燃燒時，在氣相中分解為高反應(yīng)活性的HBr和HC1，隔絕燃燒部位所需的氧氣，從而阻止燃燒的擴展。但是，添加這類阻燃劑的高聚物被引燃后雖不會劇烈燃燒，但會放出大量有毒和腐蝕性氣體，這些氣體對生命財產(chǎn)的傷害甚至超過火災(zāi)本身；無機阻燃劑，包括無機阻燃劑氫氧化鋁(ATH)和氫氧化鎂、銻化合物、硼化合物等，因低煙、無毒、價廉，與環(huán)境友好，是當今阻燃材料的主要發(fā)展方向。塑料制品，特別是在聚氯乙烯(PVC)中，重質(zhì)碳酸鈣是用量最大的無機礦物填料，且具有良好的電絕緣性和難燃性。但是，重質(zhì)碳酸鈣不具有阻燃和抑煙功能，因此在其填充的PVC及其他塑料制品中，還必須添加有機阻燃劑才能實現(xiàn)有效阻燃。對于PVC來說，本身含有氯成份，有一定阻燃性，再添加一些其他有機阻燃劑，容易達到V-O級阻燃，而且不影響PVC材料的強度，但是，在著火時材料會產(chǎn)生大量的毒煙，對人民生命安全造成嚴重危害。但如果完全添加無機阻燃劑，如氫氧化鋁、氫氧化鎂。100份樹脂的無機阻燃劑添加量必須達到100份以上才能達到V-O級阻燃，如此大的添加量，容易造成PVC材料力學(xué)性能的顯著下降和制品成本的大幅增加。發(fā)明人針對塑料制品，特別是PVC塑料制品現(xiàn)有阻燃抑煙性能存在的缺點以及目前重質(zhì)碳酸鈣填充塑料制品阻燃和抑煙功能的不足，提供一種全新的具有阻燃和抑煙功能的包含重質(zhì)碳酸鈣、超細活性氫氧化鎂、超細多孔二氧化硅等組分的復(fù)合填料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的第一個技術(shù)問題是提供一種具有阻燃和抑煙功能的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料。本發(fā)明重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料含有下述重量配比的組分重質(zhì)碳酸鈣50 75份、超細氫氧化鎂20 40份、超細多孔二氧化硅I 8份(優(yōu)選3 5份)、超細氧化銻I 8份(優(yōu)選2 4份)。其中，各組分的粒度要求如下重質(zhì)碳酸I丐粒度中位粒徑d5(l=l 10 ii m,累計d97 ^ 45 U m0超細氫氧化鎂(以下簡稱超細Mg (OH) 2)粒度中位粒徑d5(l=0. 5 5 m，累計d97 ^ 10 y m。
超細多孔二氧化硅(以下簡稱超細多孔SiO2)主要成分為Si02、^nH2O和少量的Al2O3=其品種為蛇紋石提取氧化鎂后的產(chǎn)物；粒度(中位粒徑)d5(l ^ 5um0蛇紋石提取氧化鎂后的多孔二氧化硅是一種比表面積大于120m2/g、孔徑分布為0. 5 5nm的介孔材料，其主要成分為水合無定形二氧化硅，在著火時，一方面釋放水蒸汽降溫，且脫水后形成的氧化硅覆蓋于材料表面，具有獨特的輔助阻燃和降低煙密度的功能，同時具有填充增強作用。超細氧化銻(以下簡稱超細Sb2O3)粒度(中位粒徑)為d5(l彡I i! m。
原料重質(zhì)碳酸鈣和超細Mg(OH)2需進行表面改性，具體的重質(zhì)碳酸鈣進行表面改性，表面改性劑為硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯中的至少一種；用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 5% 2. 5% (優(yōu)選I. 0% I. 5%);改性溫度70 140°C。其中硬脂酸鋁酸酯鈦酸酯(質(zhì)量百分比)=50% 100%:0 50%:0 50%。超細Mg(OH)2進行表面改性，表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯、硬脂酸中的至少一種；用量為超細Mg (OH)2質(zhì)量的0. 6% 3. 0%(優(yōu)選為I. 0% 2. 0%);改性溫度70 140°C。其中，硅烷偶聯(lián)劑鋁酸酯硬脂酸(質(zhì)量百分比)=0 100%:0 50%:0 100% ;且三者不同時為零。氫氧化鎂是一種具有顯著抑煙功能的無機阻燃劑，但是如果直接添加，用量與樹脂等比例添加才會達到阻燃效果，會造成PVC材料力學(xué)性能的顯著下降和制品成本的大幅增加，因而通過表面改性和與重質(zhì)碳酸鈣復(fù)配后不僅可以使材料達到V-O級阻燃，而且可顯著降低著火時材料的煙密度，同時不致使塑料制品的制造成本顯著增加。本發(fā)明重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料包括上述四種組分即可獲得具有阻燃、抑煙性能的功能材料，但是還可以向其中添加制備目標材料所需的相應(yīng)添加劑，添加種類及用量以不影響或不顯著影響本發(fā)明復(fù)合填料阻燃、抑煙性能即可。本發(fā)明重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料也可以只由上述四種組分組成。本發(fā)明所解決的第二個技術(shù)問題是本發(fā)明重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料的制備方法，其特征在于A、重質(zhì)碳酸鈣和超細氫氧化鎂采用下述方法表面改性I)重質(zhì)碳酸鈣表面改性劑為硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硬脂酸50% 100%、鋁酸酯0 50%、鈦酸酯0 50% ;表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 5% 2. 5% (優(yōu)選I. 0% I. 5%);改性溫度 70 140°C ；2)超細氫氧化鎂表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯、硬脂酸中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硅烷偶聯(lián)劑0 100%、鋁酸酯0 50%、硬脂酸0 100%，且三者不同時為零；用量為超細Mg(OH)2質(zhì)量的0. 6% 3. 0% (優(yōu)選I. 0% 2. 0%);改性溫度70 140。。；B、均勻混合各組分，即得。改性時，可采用現(xiàn)有的表面改性設(shè)備進行改性，改性溫度設(shè)置根據(jù)采用的表面改性劑的熔點而定?？刹捎玫谋砻娓男栽O(shè)備有加熱攪拌機、間歇式表面改性機、連續(xù)式表面改性機等。本發(fā)明所解決的第三個技術(shù)問題是本發(fā)明重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料用于制備具有阻燃和/或抑煙功能的材料。并進一步的利用上述性能，制備PVC電纜料以及阻燃母粒等。本發(fā)明重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料通過不同結(jié)構(gòu)、化學(xué)成份的無機粉體的復(fù)合，配合表面改性處理，賦予低廉的重質(zhì)碳酸鈣填料良好的阻燃和抑煙性能。本發(fā)明復(fù)合填料的主要技術(shù)性能指標如下；吸油率〈O. 5ml/g ;活化指數(shù)彡96% ;阻燃性阻燃等級V-0，氧指數(shù)^ 30，少煙。將其用于PVC電纜料，其主要性能指標PVC氧指數(shù)> 30% ;拉伸強度>15MPa ；斷裂伸長率彡200%，煙密度〈100。
具體實施例方式以下通過實施例形式的具體實施方式
，對本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進一步的詳細說明，說明但不限制本發(fā)明。以下為本發(fā)明復(fù)合填料優(yōu)選出的配方及制備條件的制備實施例。實施例一①將粒度分布d97=20 iim的重質(zhì)碳酸鈣在100± 10°C下，添加重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的 I.0%的硬脂酸，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；②將粒度分布d97=6 u m的超細Mg(OH)2在100±10°C下，添加超細Mg(OH)2質(zhì)量的I. 5%的乙烯基硅烷，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；③取表面改性后的活性重質(zhì)碳酸鈣62kg、表面改性后的超細Mg(0H)230kg、超細多孔二氧化硅5kg、超細氧化銻3kg在混合機中進行攪拌復(fù)配，攪拌均勻后即為具有阻燃功能的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其填充PVC電纜料的性能列于表I。實施例二 ①將粒度分布d97=20 iim的重質(zhì)碳酸鈣在100± 10°C下，添加重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 4%的鋁酸酯和0. 6%的硬脂酸，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；②將粒度分布d97=6ii m的超細Mg(OH)2在100±10°C下，添加超細Mg(OH)2質(zhì)量的I. 0%的氨基硅烷和0. 6%的硬脂酸，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；③取表面改性后的活性重質(zhì)碳酸鈣62kg、表面改性后的超細Mg (OH) 230kg、超細多孔二氧化硅5kg、超細氧化銻3kg在混合機中進行攪拌復(fù)配，攪拌均勻后即為具有阻燃功能的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其填充PVC電纜料的性能列于表I。實施例三①將粒度分布d97=20 iim的重質(zhì)碳酸鈣在100± 10°C下，添加重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 4%的鈦酸酯和0. 6%的硬脂酸，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；②將粒度分布d97=6ii m的超細Mg(OH)2在100±10°C下，添加超細Mg(OH)2質(zhì)量的0. 8%的氨基硅烷和0. 8%的鋁酸酯，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；③取表面改性后的活性重質(zhì)碳酸鈣60kg、表面改性后的超細Mg (OH) 232kg、超細多孔二氧化硅5kg、超細氧化銻3kg在混合機中進行攪拌復(fù)配，攪拌均勻后即為具有阻燃功能的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其填充PVC電纜料的性能列于表I。實施例四①將粒度分布d97=20 iim的重質(zhì)碳酸鈣在100± 10°C下，添加重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的
0.5%的鋁酸酯和0. 5%的硬脂酸，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；②將粒度分布d97=6 u m的超細Mg (OH) 2在100± 10°C下，添加超細Mg (OH) 2質(zhì)量的I. 5%的乙烯基硅烷，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；③取表面改性后的活性重質(zhì)碳酸鈣70kg、表面改性后的超細Mg(0H)222kg、超細多孔二氧化硅5kg、超細氧化銻3kg在混合機中進行攪拌復(fù)配，攪拌均勻后即為具有阻燃功能的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其填充PVC電纜料的性能列于表I。實施例五①將粒度分布d97=20 iim的重質(zhì)碳酸鈣在100± 10°C下，添加重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的
I.0%的硬脂酸，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；②將粒度分布d97=6 u m的超細Mg(OH)2在100±10°C下， 添加超細Mg(OH)2質(zhì)量的I. 0%的氨基硅烷和0. 8%的鋁酸酯，用SLG-600型連續(xù)粉體表面改性機進行表面改性；③取表面改性后的活性重質(zhì)碳酸鈣55kg、表面改性后的超細Mg(0H)238kg、超細多孔二
權(quán)利要求
1.重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其特征在于含有下述重量配比的組分 重質(zhì)碳酸鈣50 75份、超細氫氧化鎂20 40份、超細多孔二氧化硅I 8份、超細氧化銻I 8份； 其中，重質(zhì)碳酸鈣的中位粒徑d5(l=l 10 ii m，累計d97 ^ 45um ;超細氫氧化鎂的中位粒徑d5(l=0. 5 5 ii m,累計d97 ^ 10 u m ;超細多孔二氧化娃的中位粒徑d5(l < 5 y m ;超細氧化鋪的中位粒徑為d5。< I U m ； 重質(zhì)碳酸鈣和超細氫氧化鎂采用下述方法表面改性 1)重質(zhì)碳酸鈣表面改性劑為硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硬脂酸50% 100%、鋁酸酯0% 50%、鈦酸酯0% 50% ;表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 5% 2. 5% ;改性溫度70 140°C ； 2)超細氫氧化鎂表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯、硬脂酸中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硅烷偶聯(lián)劑0% 100%、鋁酸酯0% 50%、硬脂酸0% 100%，且三者不同時為零；用量為超細Mg(OH)2質(zhì)量的0. 6% 3. 0% ;改性溫度70 140 °C。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其特征在于含有下述重量配比的組分 重質(zhì)碳酸鈣50 75份、超細氫氧化鎂20 40份、超細多孔二氧化硅3 5份、超細氧化銻2 4份。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其特征在于重質(zhì)碳酸鈣表面改性時，表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的I. 0% I. 5% ;超細氫氧化鎂表面改性時，表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的I. 0% 2. 0%。
4.重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其特征在于由下述重量配比的組分組成 重質(zhì)碳酸鈣50 75份、超細氫氧化鎂20 40份、超細多孔二氧化硅I 8份、超細氧化銻I 8份； 其中，重質(zhì)碳酸鈣的中位粒徑d5(l=l 10 ii m，累計d97 ^ 45um ;超細氫氧化鎂的中位粒徑d5(l=0. 5 5 ii m,累計d97 ^ 10 u m ;超細多孔二氧化娃的中位粒徑d5(l < 5 y m ;超細氧化鋪的中位粒徑為d5。< I U m ； 重質(zhì)碳酸鈣和超細氫氧化鎂采用下述方法表面改性 1)重質(zhì)碳酸鈣表面改性劑為硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硬脂酸50% 100%、鋁酸酯0% 50%、鈦酸酯0% 50% ;表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 5% 2. 5% ;改性溫度70 140°C ； 2)超細氫氧化鎂表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯、硬脂酸中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硅烷偶聯(lián)劑0% 100%、鋁酸酯0% 50%、硬脂酸0% 100%，且三者不同時為零；用量為超細Mg(OH)2質(zhì)量的0. 6% 3. 0% ;改性溫度70 140 °C。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其特征在于由下述重量配比的組分組成 重質(zhì)碳酸鈣50 75份、超細氫氧化鎂20 40份、超細多孔二氧化硅3 5份、超細氧化銻2 4份。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料，其特征在于重質(zhì)碳酸鈣表面改性時，表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的I. 0% I. 5% ;超細氫氧化鎂表面改性時，表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的I. 0% 2. 0%。
7.權(quán)利要求1、2、4、5任一項所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料的制備方法，其特征在于 A、重質(zhì)碳酸鈣和超細氫氧化鎂采用下述方法表面改性 1)重質(zhì)碳酸鈣表面改性劑為硬脂酸、鋁酸酯、鈦酸酯中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硬脂酸50% 100%、鋁酸酯0% 50%、鈦酸酯0% 50% ;表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的0. 5% 2. 5% ;改性溫度70 140°C ； 2)超細氫氧化鎂表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯、硬脂酸中的至少一種；其中，混合使用時，表面改性劑中各組分的質(zhì)量百分比為硅烷偶聯(lián)劑0% 100%、鋁酸酯0% 50%、硬脂酸0% 100%，且三者不同時為零；用量為超細Mg(OH)2質(zhì)量的0. 6% 3. 0% ;改性溫度70 140 °C ； B、均勻混合各組分，即得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料的制備方法，其特征在于重質(zhì)碳酸鈣表面改性時，表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的I. 0% I. 5% ;超細氫氧化鎂表面改性時，表面改性劑用量為重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)量的I. 0% 2. 0%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料的制備方法，其特征在于步驟A表面改性時所用的設(shè)備為加熱攪拌機、間歇式表面改性機、連續(xù)式表面改性機。
10.權(quán)利要求1-6任一項所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料用于制備具有阻燃功能和/或抑煙功能的材料。
11.權(quán)利要求1-6任一項所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料用于制備PVC電纜料。
12.權(quán)利要求1-6任一項所述的重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料用于制備阻燃母粒。
全文摘要
本發(fā)明屬于礦物加工與非金屬礦物材料領(lǐng)域，具體涉及重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料及其制備方法和用途。該重質(zhì)碳酸鈣復(fù)合填料具有阻燃和/或抑煙功能，該復(fù)合填料含有下述重量配比的組分重質(zhì)碳酸鈣50～75份、超細氫氧化鎂20～40份、超細多孔二氧化硅1～8份、超細氧化銻1～8份；其中，重質(zhì)碳酸鈣粒度為7～45μm；超細氫氧化鎂粒度為2～10μm；超細多孔二氧化硅的中位粒徑d50≤5μm；超細氧化銻的中位粒徑為d50≤1μm；重質(zhì)碳酸鈣和超細氫氧化鎂經(jīng)過表面改性應(yīng)用。本發(fā)明復(fù)合填料的主要技術(shù)性能指標如下；吸油率<0.5ml/g；活化指數(shù)≥96%；阻燃性阻燃等級V-0，氧指數(shù)≥30，少煙。
文檔編號C08K3/22GK102746533SQ20121023919
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者李龍山, 楊信強, 鄭水林, 陳紹清, 黃云華 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京), 四川石棉巨豐粉體有限公司