碳酸钙阻燃，直接消弱燃烧“三要素”！

无机粒子无毒、尺寸稳定性好、耐高温及比表面积大，可以提高阻燃剂热稳定性、力学性能、导电性能、降低吸水性。碳酸钙（CaCO ₃ ）作为高分子材料中常用的填充改性材料，既可提高复合材料的刚性、硬度、耐磨性、耐热性和制品的尺寸稳定性等，又能降低其产品的成本。

碳酸钙

在阻燃方面碳酸钙主要应用于 聚合物基复合材料、木材/纤维改性、涂料改性等方面。

作为阻燃剂的作用原理主要有三个方面：

吸热作用： 碳酸钙在高温下会发生分解反应，吸收大量的热量，从而降低材料表面的温度，减缓燃烧的速度。其分解反应方程式为：CaCO ₃ →CaO+ CO ₂ ↑，该反应在一定程度上能抑制材料温度的上升，使材料不易达到燃点。

稀释作用： 碳酸钙可以均匀地分散在材料中，将可燃物质稀释，降低可燃物质的浓度，使燃烧难以持续进行。当材料中的可燃成分被大量碳酸钙稀释后，燃烧时可供反应的可燃物质减少，从而起到阻燃作用。

阻隔作用： 碳酸钙分解产生的氧化钙会在材料表面形成一层致密的保护膜，阻隔氧气与可燃物质的接触，切断燃烧的三要素之一——氧气供应，进而阻止燃烧的继续进行。同时，生成的二氧化碳气体也会在一定程度上稀释周围的氧气浓度，辅助阻燃。

此外，碳酸钙对阻燃材料的力学性能也有一定的提升作用，改性碳酸钙与高聚物的相容性也高于许多阻燃剂，而且在添加纳米碳酸钙的材料中也会展现一些特殊的纳米材料性能。整体而言，碳酸钙在阻燃材料中应用具备较大的潜力。也有观点指出，碳酸钙主要是一种增量填料，有一定的补强和阻燃作用，但阻燃效率低、耐温性能不高。

那碳酸钙在阻燃材料中究竟表现如何呢？

（ 1 ） 复合阻燃剂

氢氧化镁阻燃剂分解温度高(340℃～450℃)，热分解产物为MgO和H ₂ O，不释放任何有毒有害物质，对环境和人类健康没有任何危害。因此，氢氧化镁阻燃剂成为目前最受关注的无机类阻燃剂之一，具有广阔的应用前景。但氢氧化镁对聚合物的兼容性不佳，力学性能提升有限会限制其应用范围。

郭亚欣等探究碳酸钙（CaCO ₃ ）与氢氧化镁（MH）复配后对乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）阻燃性能及绝缘性能的影响。结果表明，适量CaCO ₃ 的添加，可以提高热缩材料的力学性能、电性能、阻燃性能。在CaCO ₃ 和MH总添加量为120phr的前提下，添加10phrCaCO ₃ 的材料的力学性能、阻燃性能最好，拉伸强度、断裂伸长率和LOI分别达到最大值11MPa、370%和30.5%，添加20phrCaCO ₃ 的材料的绝缘性能最好，介电强度和体积电阻率分别取得最大值32.7kV/mm和8×10 ¹² Ω·m。

（2） 阻燃 硅 橡胶

飞机用防火密封材料的防火性能是指材料暴露在持续火焰中时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。吴娜等比较了碳酸钙和氢氧化镁对加成型硅橡胶力学、耐热、阻燃和防火性能的影响，分析了填料对硅橡胶热失重过程的影响。结果表明，碳酸钙填料的用量即使达到150份，制备的硅橡胶仍然不具备自熄性能；但碳酸钙可以赋予硅橡胶良好的防火性能，仅添加50份碳酸钙就能防止火焰穿透，而氢氧化镁即使添加到150份，硅橡胶仍然会在不到5min的时间内被烧穿，说明单独使用氢氧化镁不能使硅橡胶具有防火性能。

碳酸钙和氢氧化镁对硅橡胶防火阻燃性能的影响差异在于填料本身分解温度和硅橡胶燃烧分解温度的匹配性；两者并用，可以得到补强、耐热、阻燃和防火等综合性能更好的硅橡胶。

火焰冲击15min时硅橡胶的背面照片

不烧穿且背面碳层完好

（3）阻燃密封胶

阻燃有机硅密封胶阻燃性的提高常常与其力学性能相冲突，如为了达到一定的阻燃性能而添加较多阻燃填料会使得胶料弹性变差，拉断伸长率降低，但不添加足够的阻燃填料又难以达到要求的阻燃性能。此外，阻燃填料通常具有增加黏稠度的作用，但却不能使胶料具备触变性，添加后往往还会造成胶料较稠且流淌的情况。基于上述种种难以兼顾的“矛盾”，胶粘剂用纳米碳酸钙的阻燃性能备受期待。

张丹丹等采用纳米碳酸钙与气相法白炭黑作补强填料制备阻燃有机硅密封胶，研究了其与阻燃填料的相容性。结果表明：当纳米碳酸钙用量为50%，含氮阻燃填料FS－480D用量为18%时，密封胶的阻燃性能即可达到FV－0级，力学性能较好且触变性不受影响；在含氮阻燃填料FS－480D用量相同的情况下，相比气相法白炭黑，纳米碳酸钙与该阻燃填料的相容性更好。

（4）阻燃 纤维

基于聚酰胺废弃纤维的湿法涂层技术是目前制备商标织带等涂层纺织品的主要手段，也是聚酰胺纤维物理回收利用的重要方式，具有生产成本低，产品性能优良等特点。

陈智杰等采用含硅磷阻燃成分的偶联改性剂对碳酸钙进行表面接枝改性以提升分散性并赋予其阻燃功能，并成功在织物上构建表面光滑平整的多孔、薄型聚酰胺涂层。研究表明，改性碳酸钙具有良好的亲油性，其所制聚酰胺6涂层织物拥有较好的阻燃效果。

（5）阻燃涂料

防火涂料可有效阻止火势失控蔓延，争取宝贵的主动灭火时间，降低灾害损失。梁泳田等研究发现当碳酸钙与云母粉用量均为60份时涂层膨胀效果与阻燃效果均达到最佳水平，综上可总结出最佳的防火粉末涂料配方。

不同填料配比对涂层性能的影响

从阻燃原理来看，碳酸钙与氢氧化铝燃烧时会释放气体，会造成显著的膨胀效果，因此碳酸钙与氢氧化铝的膨胀隔热效果较好；硅微粉与云母粉均为硅酸盐结构化合物，耐温阻燃效果较佳，且云母的片状结构有利于增强碳化层硬度和强度，再综合考虑成本因素，最终选择碳酸钙与云母粉复配的填料搭配方式。

（6）阻燃胶粘剂

由于硅烷改性聚醚胶粘接性广泛，综合性能较好，在工业和建筑领域应用广泛。袁胤纶等通过改变阻燃剂聚磷酸铵阻燃剂(APP)，重质碳酸钙和纳米碳酸钙的加入份数，探究了硅烷改性密封胶的阻燃性能，力学性能和施工性能的变化规律。结果表明：选用聚磷酸铵APP的份数为160份，重质碳酸钙为80份，纳米碳酸钙为80份，能制得满足位移能力25LM级别，阻燃性为V-0级别的阻燃型硅烷改性聚醚密封胶。

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