十、其他功能材料

168.什么是矿物阻燃材料？

阻燃剂又称防火剂、耐火剂，是一类能够阻止可燃物引燃或减缓火焰蔓延的药剂，是用以提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂，包括含卤素、磷、硼、锑、铝、镁等元素的有机或无机物质。阻燃剂主要用于阻燃合成和天然高分子材料（包括塑料、橡胶、纤维、木材、纸张、涂料等）中，在材料中添加阻燃剂，有助于材料减低可燃性、防止火势蔓延、减少烟雾发生、缩小毒性。

169.理想的阻燃材料需要满足哪些条件？

一种理想的阻燃材料须满足以下条件：

①阻燃效率高，获得单位阻燃效能所需的用量少；

②本身低毒或无毒，燃烧时生成的有毒和腐蚀性气体量及烟量尽可能少；

③与被阻燃基材的相容性好，不易迁移和渗出；

④具有足够高的热稳定性，在被阻燃基材加工温度下不分解，但分解温度也不宜过高，在250～400℃为宜；

⑤不致过多恶化被阻燃基材的加工性能和最后产品的力学性能及电气性能；

⑥具有可接受的紫外线稳定性和光稳定性；

⑦原料来源充足，制造工艺简便，价格低廉。

170.三氧化二锑有何用途？

三氧化二锑是一种白色晶体，它有两种晶型，一种是立方晶型（稳定型）；另一种是斜方晶型。在自然界中分别以方锑矿及锑华形式存在。干法制得的工业三氧化二锑主要是立方晶体，但也含有一定量的斜方晶体。立方晶型三氧化二锑由单个Sb4O6组成，而斜方晶型的三氧化二锑则由无限重复的链组成。三氧化二锑加热变黄，冷后又变成白色。不溶于水或乙醇，溶于浓盐酸、浓硫酸、浓碱、草酸、酒石酸和发烟硝酸，是一种两性化合物。

三氧化二锑是最重要的无机阻燃剂之一，单独使用时阻燃作用很小，但是与卤系阻燃剂并用时可以大大提高卤系阻燃剂的效能，因此它是几乎所有卤系阻燃剂中不可缺少的协效剂而与卤系阻燃剂联用。

171.三氧化二锑如何制备？

工业级三氧化二锑可采用湿法及火法两种工艺生产，以火法居多。火法又分为直接法和间接法两种。

直接法是在焦炭存在条件下将硫锑矿于1000℃下煅烧生成粗三氧化二锑，再以纯碱为助熔剂，用焦炭将粗三氧化二锑还原成金属锑，最后在空气中将锑氧化为三氧化二锑。直接法生产三氧化二锑的工艺流程如图3-39所示。

间接法是将合格的锑锭在锑白炉中吹炼氧化，产出的氧化尘（Sb2O3）在收尘系统中收集，经分级得到各种等级的三氧化二锑。生产工艺流程如图3-40所示。

精锑在高温条件下熔化成锑液，锑液与空气中的氧气接触，锑被氧化成三氧化二锑而挥发，控制结晶冷却条件，即可得到不同粒度的三氧化二锑白色粉末。

影响三氧化二锑粒度的因素较多，主要有反应温度、结晶温度、三氧化二锑蒸气浓度、结晶速率与冷却风量等。

湿法工艺是用盐酸浸渍硫锑矿制得SbCl3，后者再用苛性钠水解即得三氧化二锑，或者是将辉锑矿用FeCl3直接浸出，然后经水解、酸溶、氨中和、烘干等获得小于45μm的三氧化二锑粉末产品。

172.什么是氢氧化铝？

氢氧化铝（ATH）亦名三水合氧化铝，分子式为Al（OH）3或Al2O3·3H2O。Al（OH）3的相对分子质量为78.00，Al2O3·3H2O的相对分子质量为156.00。

173.氢氧化铝阻燃剂有何优点？

氢氧化铝是一种阻燃填充剂，具有以下优点：①同时起阻燃和填料作用；②不含卤，为非卤型阻燃剂；③燃烧时不产生有毒气体和腐蚀性气体，且抑烟，本身也无毒；④不挥发，不被水影响；⑤价廉。其缺点是：①所需添加量高，影响被阻燃材料的物理-力学性能及加工性能；②氢氧化铝的起始分解温度较低（约205℃），故难适用于加工温度高的高聚物。

174.拜耳法如何生产氢氧化铝？

拜耳法生产的Al（OH）3，其中含有少量原矿石中的有机物，白度小于90％，不宜直接用为阻燃剂，故需进行二次处理，即将其溶于苛性碱中，制得较纯净的铝酸钠溶液，再分解制得高白度的、可用于阻燃剂的Al（OH）3，其工艺流程见图3-41所示。

烧结法生产氢氧化铝的工艺流程如图3-42所示。烧结法生产的Al（OH）3因经过高温烧结工序，矿石中含有的有机物已全部分解，故产品白度一般大于95％，可直接用于阻燃高聚物而不影响制品色泽；另外，烧结法采用的碳酸化分解法易于控制氢氧化铝的晶型及粒度级别。

175.氢氧化镁有何用途？

氢氧化镁为六角形或无定形的片状结晶，难溶于水（18℃时的溶解度为0.0009g/100ml），也不溶于浓度为1mol/L NaOH水溶液，但溶于强酸性溶液。

作为阻燃剂，氢氧化镁的特点与氢氧化铝相似，但与同类无机阻燃剂相比，具有更好的抑烟效果，由于火灾中有80％由烟窒息而死亡，因此当代阻燃剂技术中“抑烟”比“阻燃”更为重要；氢氧化镁在生产、使用过程中均无有害物质排放，而且还能中和燃烧过程中产生的酸性与腐蚀性气体，是一种环保型绿色阻燃剂；氢氧化镁的热分解温度高，氢氧化镁的起始分解温度可达320℃，比目前常用的无机阻燃剂氢氧化铝高出140℃，即氢氧化镁的热稳定性远优于氢氧化铝，可以使添加氢氧化镁的合成材料承受更高的加工温度，利于加快挤塑速度，缩短模塑时间，同时亦有助于提高阻燃效率；氢氧化镁粒径细，对设备磨损小，利于加工设备的使用寿命；同时原料易得，生产成本低，具有相当强的竞争力。可广泛用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、高抗冲击聚苯乙烯和ABS等塑料、橡胶行业。

176.化学合成法如何生成氢氧化镁？

氢氧化镁阻燃剂生产方式有两种，化学合成法和物理法。化学合成法生产氢氧化镁的工艺流程如图3-43所示。

为了制备阻燃性能良好的氢氧化镁，需采取特殊的合成工艺，并对常温合成的氢氧化镁进行水热处理，促使生成比表面积小、晶型较好的氢氧化镁，然后再进行表面处理，改善它与高分子材料的相容性。改进后的合成工艺过程流程如图3-44所示。

177.什么是矿物耐火材料？

矿物耐火材料是指在高温环境下，其化学与物理性质稳定并能正常使用的矿物材料。矿物耐火材料包括硅线石质耐火材料、蓝晶石质耐火材料、蜡石质耐火材料、硅质耐火材料、黏土质耐火材料等。矿物耐火材料广泛应用于化工、石油、冶金、硅酸盐、机械制造、动力等工业领域，尤其在冶金中用量最大。在钢铁工业、有色金属冶炼、水泥、玻璃等产业的窑炉和焚烧炉、熔融炉等保护窑炉需要高温处理的部位都需要矿物耐火材料。随着工业以及经济的发展，各行业对耐高温材料不断提出新的要求，耐高温材料对经济发展、工业进步的重要性亦日益增长。

178.什么是红柱石、蓝晶石和硅线石？

红柱石、蓝晶石和硅线石均为Al2SiO5的同质异向变体，因温度和压力不同而形成不同的矿物。红柱石是典型的中低级热变质作用成因的矿物，常见于接触变质带的泥质岩中，主要形成于温度和压力都比较低的条件下，与堇青石、石英、白云母、石榴子石、十字石、黑云母等共生；蓝晶石是结晶片岩中的典型矿物，在富铝岩石中，在中压区域变质作用下，蓝晶石产于低温部分，而硅线石见于高温部分，多与铁铝榴石共生，蓝晶石还产于某些高压变质带；硅线石常在高温接触变质带的铝质岩石中产生。

179.红柱石、蓝晶石和硅线石的化学组成是什么？

红柱石、蓝晶石和硅线石的理论组成为Al2O3为62.90％，SiO2为37.1％.红柱石中Al可被Fe（≤9.6％）和Mn（≤7.7％）所代替；蓝晶石中可含Cr（≤12.8％），亦常含有Fe（1％～2％）和少量的Ca、Mg、Fe、Ti等；硅线石成分较稳定，有少量Fe代替Al，可含微量Ti、Ca、Fe、Mg等。

红柱石、蓝晶石和硅线石（“三石”）是3个同质多变体。在自然界常见硅线石与蓝晶石共生、硅线石和红柱石共生，较少见到红柱石和蓝晶石共生，三者共生则更为罕见。

180.红柱石、蓝晶石和硅线石有何用途？

红柱石、蓝晶石和硅线石的主要用途有以下几点。

①红柱石、蓝晶石经高温煅烧可生成莫来石，主要用做耐火材料。

②红柱石、硅线石本身体积稳定性能耗，密度接近莫来石，热膨胀系数低，不含Fe、Ti、K、Na等元素的氧化物，可作为不少耐火材料。

③硅线石、蓝晶石可以用作制备莫来石质、堇青石质陶瓷。

④结晶良好、纯金透明、色泽艳丽的红柱石可作为宝石原料。

⑤前苏联和美国用高纯度蓝晶石生产铝硅合金。