層狀鎂鋁氫氧化物的設(shè)計(jì)合成與阻燃性研究

層狀鎂鋁氫氧化物是由金屬離子填充的氧八面體結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層狀化合物。由于其組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有優(yōu)異的抑煙性和阻燃性,這類(lèi)化合物在阻燃聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值和前景。層狀鎂鋁氫氧化物在聚合物中應(yīng)用時(shí)仍未解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題包括：自身具有親水性,極性與聚合物基體相差較大引起復(fù)合時(shí)分散不均；阻燃效率低,為使復(fù)合材料達(dá)到相關(guān)的阻燃測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),填充量需要60wt%以上,這常常引起基體材料綜合性能的降低。本文以層狀水鎂石為切入點(diǎn),研究其超細(xì)和表面改性工藝,在此基礎(chǔ)上,通過(guò)改性水鎂石與晶須的復(fù)配增強(qiáng)作用、層狀結(jié)構(gòu)中元素的調(diào)變?cè)鰪?qiáng)作用及鎂鋁氫氧化物的層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等進(jìn)一步提高阻燃性或降低填充量,并改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。具體內(nèi)容如下： 1.水鎂石機(jī)械力化學(xué)法超細(xì)改性及其阻燃性能研究。以325目水鎂石為原料,利用行星式球磨技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了超細(xì)化研究,建立水鎂石行星球磨粉碎動(dòng)力學(xué)方程,得到最佳球磨工藝參數(shù),同時(shí)在球磨過(guò)程中加入表面活性劑同步實(shí)現(xiàn)粉體的改性。通過(guò)激光粒度儀、SEM、粘度測(cè)試、活化率測(cè)試、接觸角測(cè)試儀對(duì)處理前后的粉體進(jìn)行了粒度、形貌及表面性質(zhì)的表征。結(jié)果表明,在介質(zhì)填充率50%,球磨轉(zhuǎn)速520r／min,球磨時(shí)間50min,表面活性劑量占粉體質(zhì)量的2%的研磨條件下,水鎂石粉體D9o由32.75μm降到1.26gm,且形貌均勻,同時(shí)粉體表面呈親油性,接觸角達(dá)到131°。將處理前后的粉體應(yīng)用于聚酯材料并比較聚酯復(fù)合材料的阻燃性能。在相同添加量(45wt%)條件下,超細(xì)改性前后水鎂石填充聚酯復(fù)合材料熱釋放速率峰值分別為194.9 kW／m2、183.7 kW／m2。 2. NaAl(OH)2CO3晶須制備及其與超細(xì)改性水鎂石復(fù)合阻燃性能研究。采用醇鹽水熱法制備N(xiāo)aAl(OH)2CO3晶須,探討了反應(yīng)物配比、初始pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌的影響。在初始溶液的pH=10,Na／Al摩爾比3,反應(yīng)溫度120℃,反應(yīng)時(shí)間15h條件下,合成的NaAl(OH)2CO3晶須長(zhǎng)度為10-20μm,長(zhǎng)徑比為20～40,外形規(guī)整,分散性好�；�于復(fù)配增強(qiáng)作用,將制得的晶須與層狀水鎂石復(fù)合應(yīng)用于乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)材料,比較了不同配比水鎂石與NaAl(OH)2CO3對(duì)EVA材料性能的影響。復(fù)合材料LOI和UL-94阻燃測(cè)試結(jié)果表明,總添加量保持50wt%,水鎂石填充EVA復(fù)合材料的氧指數(shù)為27,未能通過(guò)UL94測(cè)試,復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為11.21MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為130%。NaAl(OH)2CO3/;水鎂石配比為5：45時(shí),復(fù)合材料氧指數(shù)為32,并通過(guò)了UL94V-0級(jí)別。復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度為12.25MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為214%,分別提高了9%、64%。 3.類(lèi)水滑石(LDHs)結(jié)構(gòu)的MgAlFe-CO3氫氧化物制備及阻燃性能研究�；�于鐵催化交聯(lián)成炭作用,采用尿素水熱法制備六方片狀MgAlFe-CO3氫氧化物,研究了反應(yīng)物濃度、尿素/(Al3++Fe3+)摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度等對(duì)產(chǎn)物形貌的影響。在鎂、鋁、鐵離子總濃度為0.2M,尿素與三價(jià)離子摩爾比例為7,反應(yīng)時(shí)間18h,反應(yīng)溫度140℃,產(chǎn)物的直徑為2-3μm,厚度0.3μm。采用熔融共混法制備了不同配方的EVA復(fù)合材料。結(jié)果表明,元素的分子水平復(fù)合更利于發(fā)揮各自的阻燃作用,實(shí)現(xiàn)元素復(fù)合阻燃增強(qiáng)作用。將添加MgAlFe-CO3的EVA復(fù)合材料分別與添加水鎂石、MgAl-CO3的EVA復(fù)合材料比較發(fā)現(xiàn)：其阻燃性顯著提高,氧指數(shù)達(dá)到33,后兩者氧指數(shù)分別為27和27.8；并且該復(fù)合材料CO釋放量最低。 4.LHS結(jié)構(gòu)的羥基苯甲酸鋅(ZHB)制備及阻燃性能研究。基于苯甲酸與聚苯乙烯(PS)相容性和插層復(fù)合作用,水熱法合成了的羥基苯甲酸鋅,并采用原位聚合法成功制備PS/ZHB納米復(fù)合材料�？疾炝薢HB對(duì)PS的復(fù)合效果和阻燃性能。通過(guò)XRD、TEM和FT-IR表征復(fù)合材料的結(jié)構(gòu),通過(guò)TG、CONE分析了ZHB組分對(duì)PS熱穩(wěn)定化作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明ZHB層間距為1.46nm,可形成插層—層離混合的納米復(fù)合結(jié)構(gòu),而水鎂石與MgAlFe-CO3類(lèi)水滑石的層間距只有0.48nm與0.79nm。PS/ZHB納米復(fù)合材料的TGA數(shù)據(jù)表明以10%質(zhì)量失重溫度為比較點(diǎn),純PS和ZHS含量為1%的ZHS/PS納米復(fù)合材料樣品的熱氧降解溫度分別為376℃、401℃,提高了25℃。