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层状氢氧化物(layereddoublehydroxides,简写为LDHs)是由带正电荷的金属阳离子层、层间阴离子和层间水形成的化合物。代表性物质的组成通式为[MxM’y(OH)2(x+y)]y+An-y/n·mH2O(为方便起见,以下缩写为MxM'y_A),其中M为二价或一价(多为二价)金属阳离子,M’为三价金属阳离子,An-是层间阴离子,m为结晶水量。本文主要合成的层状氢氧化物为Mg3A1_CO3及Ca3Al_CO3。由于其在受热分解时吸热并释放出水、CO2等不燃物,并促使可燃材料碳化,近年来被用作稳定剂、阻燃剂。层状氢氧化物兼具氢氧化镁和氢氧化铝的无卤、消烟、无毒的优点,又具有较宽的分解温度范围,而且价格便宜,是一种很有应用前景的新型无机稳定剂、阻燃剂。
本文主要研究了作为稳定剂、阻燃剂的层状氢氧化物的合成、改性工艺,以及其应用于PVC树脂后的热稳定、阻燃效果,具体内容如下:
首先,在加热的条件下,分别以MgCl2、AlC13及Mg(NO3)2、Al(NO3)3为镁、铝离子的来源,采用共沉淀法合成了镁铝型层状氢氧化物Mg2Al_CO3和Mg3Al_CO3;分别以CaCl2、AlCl3及Ca(NO3)2、Al(NO3)3为钙、铝离子的来源,采用共沉淀法合成了钙铝型层状氢氧化物Ca2Al_CO3和Ca3Al_CO3,并通过XRD、FT-IR对它们的结构进行了表征。结果表明:合成的样品均具有层状结构,且随着Mg/Al,Ca/Al的增大,样品结晶性逐渐变好。
其次,为提高层状氢氧化物与高分子材料如PVC树脂的相容性,使用对羟基苯甲酸、苯甲酸、对甲基苯磺酸、硬脂酸对样品Mg3Al_CO3和Ca3Al_CO3进行表面改性。通过XRD和FT-IR测试对样品的结构进行了表征,结果显示:改性后样品的层间距没有发生变化,说明有机酸并没有插层到层状氢氧化物层间,样品很好地保持了原有的结构。并通过测定其活化指数的大小,分析样品的亲油疏水性,结果表明:表面改性时间为40分钟、表面改性剂用量为层状氢氧化物质量的10.5%,即可成功对其进行改性,改性后的层状氢氧化物的活化指数可达到98%。
最后,将合成、改性后的层状氢氧化物经过研磨,与PVC树脂在170℃下进行混炼,测定其稳定性、阻燃性。通过测试,添加层状氢氧化物的PVC树脂在185℃分解老化时间由10分钟增至50分钟,其氧指数由27增至35。因此可以得出结论:添加层状氢氧化物的PVC树脂的稳定性、阻燃性都得到了很大的提高。