超細氫氧化鎂粉體表面改性實用教案

1、引言(ynyn) 近年來，由聚合物材料著火所引起的重大火災呈上升趨勢，聚合物材料的阻燃越來越引起人們的重視，阻燃劑的發(fā)展與應用(yngyng)顯得十分重要。 氫氧化鎂系無機添加型阻燃劑，是具有填充、阻燃和抑煙三重功能的化學助劑，并且產(chǎn)生的煙霧無毒、無腐蝕性。其阻燃機理可以從反應方程式看出（Mg(OH)2=MgO+H2O），添加了氫氧化鎂阻燃劑的聚合物在受熱分解時釋放出水分，同時吸收大量潛熱，降低了材料表面的火焰實際溫度，使聚合物降解為低分子的速度減慢，減少了可燃氣體的產(chǎn)生；分解過程中釋放出的大量水蒸氣沖淡了聚合物表面附近氧氣和可燃氣體的濃度，使表面燃燒較難進行；氫氧化鎂有利于形成表面炭化層，阻

2、止氧氣和熱量的進入；同時分解生成的氧化鎂是良好的耐火材料，提高聚合物材料抵抗火焰的能力，起到隔絕空氣阻止燃燒的目的。第1頁/共15頁第一頁，共16頁。 氫氧化鎂缺點：一阻燃劑填充量大。研究表明，阻燃劑氫氧化鎂填充量有的達到50150份之多，隨阻燃劑填充量的增大，阻燃效果得到很好的改善，但這樣嚴重影響聚合物材料的加工性能和物理力學性能；二，由于氫氧化鎂粉體表面含有大量的的酸性親水基團-羥基，使其有較強的極性和親水性，易形成團聚體。這樣，極性的阻燃劑與非極性高分子材料之間的相容性和加工流動性變差，材料的機械力學性能下降。用適當?shù)母男詣溲趸V進行表面改性處理。表面改性處理即通過各種表面改性劑與顆

3、粒表面化學反應(huxu fnyng)和表面包覆處理改變顆粒的表面狀態(tài)，提高表面活性，使表面產(chǎn)生新的物理、化學功能，從而改善或改變粉體的分散性、和高分子材料的相容性等等。阻燃劑氫氧化鎂表面改性最常用的改性劑主要有兩類：一類是硅烷偶聯(lián)劑，另一類是鈦酸酯偶聯(lián)劑。第2頁/共15頁第二頁，共16頁。實驗(shyn)部分1.1 主要原料及儀器設備 1 主要原料：超細氫氧化鎂粉體,平均(pngjn)粒徑500 nm，北京化工大學超重力實驗室；硅烷偶聯(lián)劑KH172, 廣州君葉偶聯(lián)劑有限公司產(chǎn)品。 2 儀器設備：電動攪拌機, D90-2F，杭州儀表電機廠；掃描電子顯微鏡（SEM）,QUANTA200，荷蘭FE

4、I 公司；X 射線能量色散譜（EDS）,6650，OXFORD 公司；傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR）,Magna750，美國Nicolet 公司。第3頁/共15頁第三頁，共16頁。1.2 改性方法 用去離子水將超細氫氧化鎂配成5%7%（質(zhì)量分數(shù)）的漿料，調(diào)節(jié)攪拌機到一定轉速，攪拌，混勻。稱取一定量的硅烷偶聯(lián)劑，用酒精稀釋，在超聲槽中分散5 min，然后倒入氫氧化鎂漿液中，在一定溫度下改性一定時間。取出樣品，抽濾、洗滌、干燥，得改性產(chǎn)品。1.3 表征方法1.3.1 活化指數(shù)的測定稱取5g待測粉末樣品，研細，稱重。然后加入到盛有100mL蒸餾水的燒杯中，攪拌，靜置12 h。將沉降于燒杯底部的樣品

5、過濾，抽干，干燥，稱重。用原樣品的質(zhì)量減去沉降于燒杯底部的樣品質(zhì)量，即可得 到飄浮部分(b fen)的質(zhì)量。由下式可計算出活化指數(shù)： H=m-m1/m 式中：H 為粉末樣品活化指數(shù)；m 為粉末樣品的總質(zhì)量；m1 為沉降于燒杯底部樣品的質(zhì)量。第4頁/共15頁第四頁，共16頁。 沒有改性的氫氧化鎂表面是極性的，在水中自然沉降H 為0；改性后的氫氧化鎂表面是非極性的，具有很強的疏水性，在水中由于具有比較大的表面張力而在水面上漂浮不沉，H0；改性完全(wnqun)時，粉末全部漂浮在水面上，H為100%，粉末表面完全(wnqun)疏水。因此，H由0到100%的變化，可反映出活化程度由淺至深的過程，從而得

6、知改性效果的情況。1.3.2 能量色散譜分析 將改性前后的粉末樣品在電鏡樣品臺上壓實，經(jīng)噴碳處理后做能譜掃描，測量樣品中元素的含量，觀察樣品中元素的分布情況。能譜掃描時間為100s，死時間小于30%。1.3.3 紅外光譜分析 將改性前后的粉末樣品在105 下烘干5h，分別用KBr 壓片，進行紅外光譜測試。測試條件：檢測器TDGS，分辨率4 cm-1，波數(shù)范圍4000700cm-1。第5頁/共15頁第五頁，共16頁。2 結果(ji gu)與討論 2.1 硅烷偶聯(lián)劑的用量對活化指數(shù)的影響(yngxing) 在溫度為40、轉速4000r/min、攪拌時間60min的條件下，研究硅烷偶聯(lián)劑的不同用量（

7、相對于氫氧化鎂干粉的質(zhì)量分數(shù)） 對活化指數(shù)的影響(yngxing)，結果見圖1。第6頁/共15頁第六頁，共16頁。2.2 改性溫度對活化(huhu)指數(shù)的影響 在硅烷偶聯(lián)劑用量7%、轉速4000 r/min、攪拌(jiobn)時間60 min 的條件下，研究不同改性溫度對改性效果的影響，結果見圖2。第7頁/共15頁第七頁，共16頁。2.3 改性時間對活化(huhu)指數(shù)的影響 在硅烷偶聯(lián)劑用量7%、轉速(zhun s)4000 r/min、改性溫度40 的條件下，研究不同攪拌時間對改性效果的影響，結果見圖3。第8頁/共15頁第八頁，共16頁。2.4 改性前后(qinhu)粉體能量色散譜(EDS

8、)掃描結果 圖4和圖5為改性前后Mg(OH)2 粉體的EDS 圖?？梢钥闯觯男院髿溲趸V(qn yn hu mi)的EDS 圖上顯示有硅元素的存在，而改性前沒有。第9頁/共15頁第九頁，共16頁。 從圖6和圖7分別為改性后Mg(OH)2 粉體中Si元素和Mg元素面掃描結果。可以看出，元素面掃描結果顯示硅的分布比較均勻。由此表明(biomng)，這種濕法改性使氫氧化鎂粉體表面結合了硅烷偶聯(lián)劑。第10頁/共15頁第十頁，共16頁。 2.5 紅外光譜分析結果 圖8為改性前后Mg(OH)2 的紅外光譜圖。可以看出，氫氧化鎂經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性后，在1122cm-1和1043cm-1處出現(xiàn)了Si-O氧鍵的

9、特征吸收峰；在2921cm-1和2 852cm-1處出現(xiàn)了甲基和亞甲基的特征吸收峰?？梢酝茢?，硅烷偶聯(lián)劑和氫氧化鎂粉體表面(biomin)發(fā)生了化學鍵合，形成了化學鍵。第11頁/共15頁第十一頁，共16頁。 2.6 硅烷偶聯(lián)劑改性氫氧化鎂機理分析 硅烷偶聯(lián)劑KH172 的分子式為CH2=CH-Si（-O-CH2CH2-OCH3）3，簡寫為R-Si-3。R代表與聚合物有親和力的有機官能團乙烯基，X代表能夠水解且與改性劑粉體表面起反應的烷氧基。在一定溫度，并且高速攪拌( jiobn)的條件下，有機硅烷發(fā)生水解形成硅醇，然后與氫氧化鎂粉體粒子表面上的羥基起反應并最終生成化學鍵。該反應過程可以用以下反

10、應式表示： 第12頁/共15頁第十二頁，共16頁。 Si-X官能團也有可能與填料(tinlio)表面直接反應，生成一個硅氧鍵和副產(chǎn)物HX，即：由此可以看出，具有極性表面(biomin)的氫氧化鎂粉體通過改性，表面(biomin)結合了非極性的有機官能團，其表面(biomin)由親水性轉變?yōu)樵魉浴＿@樣，作為阻燃劑的超細氫氧化鎂和聚合物材料混合時，其相容性和加工性能將得到很好的改善。第13頁/共15頁第十三頁，共16頁。3 結論(jiln) 硅烷偶聯(lián)劑KH172對超細氫氧化鎂進行濕法改性的最佳工藝條件是：偶聯(lián)劑用量為氫氧化鎂質(zhì)量(zhling)的7%；改性溫度為40；攪拌時間為60min。改性后，硅烷偶聯(lián)劑和超細氫氧化鎂之間形成了化學鍵，氫氧化鎂表面由親水性變?yōu)樵魉?，活化指?shù)達到97.7%。第14頁/共15頁第十四頁，共16頁。謝謝您的觀看(gunkn)！第15頁/共15頁第十五頁，共16頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結引言。用去離子水將超細氫氧化鎂(qn