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纳米Mg（OH）_2阻燃剂的表面改性及其在聚丙烯中的应用

作　者: 董海波
导　师: 杜志平；赵永红
学　校: 中国日用化学工业研究院
专　业: 应用化学
关键词: 纳米氢氧化镁复配表面活性剂表面改性机理聚丙烯阻燃剂
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文以六水硝酸镁和氢氧化钠为原料,以十二烷基硫酸钠（SDS）复配体系为改性剂,采用易于工业化的液相沉淀法,制备了产率大于97%的表面改性纳米氢氧化镁[Mg（OH）₂]阻燃剂。通过Mg（OH）₂在液体石蜡中的悬浮液体积随时间变化规律,研究了SDS和聚丙烯酸钠（PA-Na）、烷基多苷（APG）、醇醚磷酸酯（MAP）复配改性剂对纳米Mg（OH）₂分散性的影响,优化了复配改性剂及其配比和使用量。结果表明,用SDS和MAP复配表面活性剂作为改性剂,在添加量为0.2%、质量配比m（SDS）:m（MAP）为2:1时,所制备的纳米Mg（OH）₂在液体石蜡中的悬浮液体积最大,即分散性和疏水性能最好。通过X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、N₂吸附、表观密度分析等手段对优化出的改性纳米Mg（OH）₂和未改性样品进行了表征,发现改性后样品分散性好,结晶度高。从红外光谱（FTIR）和沉降体积实验结果可以看出,该方法能使改性剂吸附在纳米Mg（OH）₂颗粒表面,从而将表面由亲水调节为亲油,提高了纳米Mg（OH）₂在有机介质中的分散稳定性。通过XRD、BET、TEM、FTIR和在液体石蜡中的悬浮液体积实验等手段,研究了m（SDS）: m（MAP）为1:1时SDS/MAP添加量对改性纳米Mg（OH）₂性能的影响,并初步探讨了改性机理。结果表明:随着SDS/MAP添加量的增加,样品表面的疏水性能呈现先增加后减小的趋势,在0.2%时达到最大值;粒径先减小后增大又减小,分别在0.2%和0.5%时出现拐点;比表面积的变化规律与粒径一致;说明在水相中随SDS/MAP添加量不同,可能其分别以双分子层和单分子层吸附于Mg（OH）₂颗粒表面。热重—差示扫描分析表明,表面改性可以降低Mg（OH）₂的起始热分解温度并使热分解温度范围变大。当50%的表面改性纳米Mg（OH）₂用于聚丙烯（PP）材料中时,PP/Mg（OH）₂复合体系的氧指数可以达到35.0,拉伸强度为27.01KPa,断裂伸长率为12.01,远优于市售产品的指标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
主要创新点  7-12
第一章绪论  12-31
  1.1 引言  12
  1.2 阻燃剂  12-14
    1.2.1 阻燃剂概述  12-13
    1.2.2 阻燃剂的分类和基本要求  13-14
      1.2.2.1 分类  13
      1.2.2.2 基本要求  13-14
  1.3 氢氧化镁的性能和作为阻燃剂的优势  14-16
    1.3.1 Mg(OH)_2 的性能  14-15
    1.3.2 Mg(OH)_2 作为阻燃剂的优势  15-16
  1.4 纳米氢氧化镁阻燃剂阻燃机理  16-18
    1.4.1 阻燃剂的纳米效应  16-17
    1.4.2 纳米阻燃剂的“冷却技术”  17
    1.4.3 促进不燃性化合物生成  17
    1.4.4 高效抑烟作用  17
    1.4.5 隔断热传导和热辐射  17
    1.4.6 纳米填料作用  17-18
  1.5 纳米氢氧化镁阻燃剂的发展方向  18
  1.6 纳米氢氧化镁阻燃剂的表面改性研究现状  18-25
    1.6.1 表面化学改性  19-24
      1.6.1.1 表面改性剂的种类  20-22
      1.6.1.2 表面改性剂的作用机理  22-23
      1.6.1.3 表面改性剂的最佳用量  23-24
      1.6.1.4 改性处理方法  24
    1.6.2 胶囊化改性  24
    1.6.3 表面改性效果评价及测试方法  24-25
  1.7 纳米氢氧化镁阻燃剂的应用现状  25-26
    1.7.1 氢氧化镁阻燃剂的国内外应用现状  25
    1.7.2 氢氧化镁在阻燃剂方面的应用  25-26
  1.8 选题背景及本课题研究内容  26-27
    1.8.1 选题背景  26-27
    1.8.2 研究内容  27
  参考文献  27-31
第二章复配表面活性剂改性纳米氢氧化镁的性能研究  31-47
  2.1 前言  31
  2.2 实验部分  31-34
    2.2.1 试剂与仪器  31-32
    2.2.2 实验方法  32-33
      2.2.2.1 改性纳米氢氧化镁的制备  32-33
    2.2.3 分散性能试验测试  33-34
    2.2.4 物理化学性质的表征  34
  2.3 结果与讨论  34-44
    2.3.1 分散稳定性分析  34-41
      2.3.1.1 SDS/PA-Na 改性样品在液体石蜡中的分散性  34-36
      2.3.1.2 SDS/APG 改性样品在液体石蜡中的分散性  36-38
      2.3.1.3 SDS/MAP 改性样品在液体石蜡中的分散性  38-39
      2.3.1.4 三种复配表面活性剂改性样品在液体石蜡中的分散性对比  39-41
    2.3.2 XRD 和收率分析  41-43
    2.3.3 TEM 分析  43
    2.3.4 红外光谱分析  43-44
  2.4 本章小结  44-45
  参考文献  45-47
第三章 SDS/MAP 改性纳米氢氧化镁的作用机理  47-64
  3.1 前言  47
  3.2 实验部分  47-54
    3.2.1 试剂与仪器  47
    3.2.2 表征方法  47-48
    3.2.3 氢氧化镁沉淀的热力学和动力学  48-52
      3.2.3.1 氢氧化镁沉淀的热力学  48-50
      3.2.3.2 氢氧化镁沉淀的动力学  50-52
    3.2.4 纳米氢氧化镁在水相中的分散原理  52-54
      3.2.4.1 润湿  52
      3.2.4.2 超细颗粒在水相中的粒间的作用能  52-54
      3.2.4.3 超细粉体的分散稳定性  54
  3.3 结果与讨论  54-61
    3.3.1 XRD 和比表面积分析  54-55
    3.3.2 TEM 分析  55-56
    3.3.3 红外光谱分析  56-57
    3.3.4 热重—差示扫描分析  57-59
    3.3.5 在液体石蜡中的分散稳定性分析  59
    3.3.6 SDS/MAP 在氢氧化镁表面吸附作用机理  59-61
  3.4 本章小结  61
  参考文献  61-64
第四章改性纳米氢氧化镁在聚丙烯中的应用研究  64-68
  4.1 前言  64
  4.2 实验部分  64-65
    4.2.1 原料试剂  64-65
    4.2.2 PP/Mg(OH)_2 复合体系的制备  65
    4.2.3 氧指数（LOI）测试  65
    4.2.4 机械性能测试  65
  4.3 结果与讨论  65-67
    4.3.1 阻燃性能分析  65-66
    4.3.2 机械性能分析  66-67
  4.4 本章小结  67
  参考文献  67-68
第五章总结论  68-69
攻读硕士学位期间发表的论文  69
作者简介  69-70
致谢  70

纳米Mg（OH）_2阻燃剂的表面改性及其在聚丙烯中的应用

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