晶须存在的主要形式有MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O和2MgSO4·Mg(OH)2·3H2O。通过镁盐晶须产物的电子衍射谱图(见图1)分析可知,其结构式为MgSO4·5Mg(OH)2·3H2O,该晶须的一些基本性能和基本形状如表1、图2所示。
表1 镁盐晶须主要特性
外观: | 白色粉末 | 显微形貌: | 单晶纤维状 |
直径: | 0.8-1.2 mm | 长度: | 20-200 mm |
比重: | 2.3g/cm3 | 含水率: | ≤1% |
绝缘破坏强度: | 6.85kV/mm | PH值: | 9.5 |
拉伸强度: | 400 MPa | 吸油量: | 500ml/100g |
体积阻抗: | 2.4×1014Ωcm | 折射率: | 1.53 |
介电常数: | 2.9-3.8 | 亲和性: | 亲水、有机溶剂 |
2.2 镁盐晶须的主要用途
2.2.1补强阻燃塑料
镁盐晶须加入各种塑料,有很明显的补强效果,适合于通用塑料增强和阻燃使用。
2.2.1.1 镁盐晶须对材料拉伸性能的影响
图3 镁盐晶须含量对塑料复合材料拉伸性能的影响
由图3可知,随着镁盐晶须含量的增加,塑料复合材料的拉伸强度逐渐升高,当镁盐晶须的含量达到40%时拉伸强度达到最大值,随后拉伸强度逐渐下降;当含量超过50%时,拉伸强度又呈现上升的趋势。出现这一现象的原因与镁盐晶须在体系中的分散状态和含量有关。当含量低于40%时,镁盐晶须在体系中分散情况较好,镁盐晶须的存在一方面能够吸收外界能量,提高产生裂纹的应力值,另一方面,由于镁盐晶须具有高的形变能力和抗张强度,它能加速能量的逸散并抑制裂纹的延伸,从而提高材料的拉伸强度;当的含量在40-50%之间时,由于镁盐晶须的极性较强,容易聚集成团,导致在基体中的分布不均,对材料产生了不利的影响;当镁盐晶须的含量超过50%时,此时体系变为聚乙烯塑料LDPE填充镁盐晶须,拉伸强度的提高体现了镁盐晶须自身的力学性质。
2.2.1.2镁盐晶须的热分解特性
在聚乙烯塑料中添加无机阻燃剂来制备无卤阻燃材料已经得到了广泛的应用,聚乙烯常用的无机阻燃剂主要有磷酸盐类、金属氢氧化物类、金属氧化物类等,表2列出了镁盐晶须 、Mg(OH)2 、Al(OH)3这三种无机阻燃剂的热分解特性。
表2 无机阻燃剂的主要热分解特性
比重(g/cm3) | 每mol结合水(%) | 分解温度(°C) | 吸热量(J/g) | |
Al(OH)3 | 2.42 | 24.6 | 200 | 1968 |
Mg(OH)2 | 2.4 | 31.0 | 340 | 773 |
MOS | 2.3 | 37.5 | 306.8,421.4 | 321,500 |
比重(g/cm3) 每mol结合水(%) 分解温度(°C) 吸热量(J/g)
Al(OH)3 2.42 24.6 200 1968
Mg(OH)2 2.4 31.0 340 773
MOS 2.3 37.5 306.8,421.4 321,500
镁盐晶须和Mg(OH)2 、Al(OH)3的阻燃机理相同,即在燃烧时发生脱水反应吸收大量的外界热能从而降低基材的温度,生成的水蒸汽不仅能稀释火焰区反应气体的浓度而且能吸收烟雾,起到消烟的作用。从表2中可以看出,镁盐晶须开始释放水的温度高于Al(OH)3,它有两个分别为306.8°C和421.4 °C吸热峰,这两个温度正对应于聚乙烯的热分解区域为340-440°C,而且吸收的热量高于Mg(OH)2,因此镁盐晶须克服了Al(OH)3分解温度低以及Mg(OH)2吸热量不高的缺点,不仅能适应成型加工时较高的温度而且能表现出良好的阻燃效果。