超细球形氢氧化镁的制备及其在高分子材料中的阻燃应用研究

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具有特殊形貌(如片状、纤维状、球形等)的氢氧化镁,与高分子材料具有良好相容性和分散性,提高高分子材料的阻燃性能,而不过于影响原材料的力学性能,所以制备特殊形貌的氢氧化镁阻燃剂是当前研究氢氧化镁阻燃剂的热点之一。  氢氧化镁采用传统制备生产工艺流程复杂,生产设备投资过高,生产效率低,直接导致生产成本过高,且大多采用化学方法,对环境污染严重。而制备的产品表面极性较强,易于团聚形成缔合体结构,且其表面亲水疏油,与高分子材料间相容性极差而产生界面缺陷,导致原材料的力学性能恶化。针对目前在制备超细氢氧化镁的繁杂工序和反应过程中常常出现的团聚和粒度分布不均匀等问题,以及对产品特殊形貌的要求。本文首先用两种不同类型的改性剂(PEG、SDBS/明胶)通过一步沉淀法直接改性制备超细球形氢氧化镁,采用单因素试验确定工艺过程中的原料的初始浓度、反应温度、反应时间、改性剂的量等因素。最后通过自制的改性氢氧化镁和未改性的氢氧化镁添加到PP进行阻燃性能和力学性能的测试,得出以下结论:  (1)以不同分子量的PEG为改性剂,通过收率确定以PEG6000为改性剂。以氨水为沉淀剂与硫酸镁反应,采用一步法制备氢氧化镁,通过单因素实验分析法确定最佳反应条件(Mg2+浓度1.0mol/L,OH浓度8.0mol/L,水/乙醇比3∶1,PEG6000质量分数3%,反应温度60℃,反应时间40min)。产品平均粒径约为4.5μm。  (2)以SDBS/明胶为复合改性剂,采用一步法制备氢氧化镁,通过单因素实验分析法确定最佳反应条件(Mg2+浓度1.5mol/L,OH-浓度7.0mol/L,水/乙醇比5∶1,复合改性剂质量分数1.5%,反应温度70℃,反应时间40min)。产品平均粒径约为2.5μm。  (3) FT-IR表征分析,表明两种改性剂都对氢氧化镁进行了表面改性;SEM表征分析,表明所制备的两种氢氧化镁的形貌都为球形,且其粒度分布均匀,分散性好,晶形好。  (4) Mg(OH)2阻燃剂的填充量对PP性能有着显著的影响,随着其填充量的增加,复合材料的阻燃性能逐渐改善,但力学性能逐渐恶化。对于复合改性的氢氧化镁而言,当其含量为50phr时,拉伸强度和断裂伸长率较纯PP分别降低24.0%和67.2%,冲击强度提高51.5%,极限氧指数增加到27.6%;对于PEG6000改性的氢氧化镁而言,当其含量为60phr时,拉伸强度和断裂伸长率较纯PP分别降低26.1%和72.6%,冲击强度提高54.4%,极限氧指数增加到27.9%;当填充量增加到70phr,复合材料的力学性能进一步降低,但氧指数增加到28.6%。  本论文所使用的一步法简单易行,成本低。产品粒径可达到工业生产的要求,为超细球形氢氧化镁工业化生产奠定了良好的基础。
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