本文關鍵詞：共沉淀法制備赤泥基水滑石及其EVA復合材料的界面特性、阻燃與力學性能研究

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【摘要】：基于鹽酸活化后的氧化鋁工業(yè)固體廢棄物拜耳赤泥,采用共沉淀法制備了Mg/Al/Fe-CO_3 LDHs、Zn/Al/Fe-CO_3 LDHs和Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs三類水滑石;隨后選取陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)和硅烷偶聯(lián)劑KH-550兩種改性劑對Mg/Al/Fe-CO_3 LDH-B進行了改性處理,并運用XRD、FT-IR、SEM、TGA和活化指數(shù)等測試方法對LDHs的結構性能、改性效果和改性劑用量等進行了表征測試。采用熔融共混的方式制備了與合成水滑石相應的EVA/LDHs復合材料,并采用極限氧指數(shù)(LOI)、錐形量熱儀(CCT)、煙密度測試(SDT)、熱失重-傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用儀(TG-FTIR)等手段對EVA/LDHs復合材料的燃燒、抑煙以及熱分解性能進行了測試分析,采用掃描電鏡(SEM)、活性指數(shù)、拉伸測試等方法對其界面特性、力學性能進行了測試分析。實驗結果表明:(1)XRD的測試結果證實,拜耳赤泥經(jīng)過鹽酸活化預處理后,添加不同比例的Mg2+和Zn2+,采用共沉淀法,通過導入碳酸根陰離子,可以成功制備出結晶度高、晶型良好的水滑石;合成的EVA/LDHs復合材料具有良好的阻燃和熱穩(wěn)定性能,復合材料的LOI值較EVA有顯著提升,部分樣品的LOI值超過了29%,熱釋放速率、總熱釋放等參數(shù)均有大幅降低,其中添加了50%Mg/Al/Fe-LDH-B的ELDH2樣品的熱釋放速率峰值(PHRR)僅為199.2 kW/m2,總熱釋放(THR)僅為110.7 MJ/m2;比EVA的峰值熱釋放速率(1694.8 kW/m2)和總熱釋放(179.4MJ/m2)下降顯著,而且復合材料還表現(xiàn)出良好的抑煙效果,同樣是ELDH2樣品,點火狀態(tài)下,光通量在測試時間內(nèi)一直大于90%;此外,TGA測試結果顯示,水滑石在高溫時有助于復合材料熱穩(wěn)定性的提高,但是在低溫時加快了EVA的脫羧過程。(2)XRD和FT-IR的測試結果表明,硼酸根成功的插入水滑石層板,合成了晶型良好的硼酸根插層水滑石;阻燃測試表明EVA/BO_3-LDHs復合材料具有較好的阻燃抑煙性能,其中EBLDH3復合材料的阻燃抑煙性能最佳,其LOI值為27.3%,PHRR可降低至238.4 kW/m2,光通量始終在70%以上;TGA測試說明硼酸根的插入可使得水滑石的熱穩(wěn)定性有所提升。(3)XRD、FT-IR、SEM和接觸角測試說明SDS對水滑石插層改性和KH-550的表面改性均取得了成功,SDS陰離子插層進入了水滑石的層間,改變了水滑石的晶體結構,而KH-550表面改性只是附著在水滑石表面;多種測試手段表明KH-550的最佳用量為3%,改性后的水滑石由親水性轉變成疏水性;阻燃測試結果表明,改性后EVA/LDHs復合材料的阻燃、抑煙及熱降解穩(wěn)定性均得到一定的提高。力學拉伸性能結果表明,SDS插層改性能顯著提升復合材料的斷裂伸長率,EVA/LDH-SDS的斷裂伸長率值由改性前EVA/LDH-CO_3的37.5%增加到223.4%;KH-550對LDHs的表面改性既可以提高復合材料的拉伸強度,又能提高復合體系的斷裂伸長率,EVA/LDHSSi-3的拉伸強度由EVA/LDH-CO_3的6.3 MPa提升到9.8 MPa,斷裂伸長率則提升到426.7%,有機改性可以極大的改善赤泥基水滑石在EVA基體中的分散性和相容性,從而改善復合材料的阻燃及力學性能。(4)基于鹽酸活化后拜耳赤泥,采用共沉淀法制備出的水滑石以及通過改性處理后的改性水滑石均可以作為阻燃添加劑應用于EVA,復合材料良好的阻燃抑煙、熱分解及力學性能,為赤泥基水滑石的合成提供了新的研究思路,拓展了赤泥基水滑石相關研究領域。
【關鍵詞】：赤泥 水滑石 共沉淀 改性 阻燃性能 力學性能
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;X781
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 文獻綜述10-21
• 1.1 赤泥概述10-14
• 1.1.1 赤泥現(xiàn)狀10
• 1.1.2 赤泥的危害10-11
• 1.1.3 赤泥的綜合利用現(xiàn)狀11-12
• 1.1.4 赤泥綜合利用中存在的問題12-13
• 1.1.5 赤泥用作阻燃劑13-14
• 1.2 水滑石概述14-17
• 1.2.1 水滑石的結構與性質14-15
• 1.2.2 水滑石的合成方法15-16
• 1.2.3 水滑石在阻燃聚合物中的應用研究16-17
• 1.3 水滑石的改性17-19
• 1.3.1 無機物改性水滑石17
• 1.3.2 有機物改性水滑石17-19
• 1.4 EVA/LDHs阻燃體系研究現(xiàn)狀19
• 1.5 研究內(nèi)容和意義19-21
• 1.5.1 研究內(nèi)容19-20
• 1.5.2 研究意義20-21
• 2 赤泥基水滑石的制備及其阻燃性能研究21-54
• 2.1 引言21
• 2.2 實驗部分21-26
• 2.2.1 實驗材料與儀器21-22
• 2.2.2 水滑石的制備22-24
• 2.2.3 EVA/阻燃劑復合材料的制備24-25
• 2.2.4 水滑石的表征25
• 2.2.5 EVA/LDHs復合材料分析測試25-26
• 2.3 測試結果與分析討論26-52
• 2.3.1 水滑石的測試結果與分析26-33
• 2.3.2 EVA/阻燃劑復合材料的測試結果分析33-52
• 2.4 本章小結52-54
• 3 硼酸根插層赤泥基水滑石的制備及其阻燃性能研究54-69
• 3.1 引言54
• 3.2 實驗部分54-55
• 3.2.1 實驗材料與儀器54
• 3.2.2 共沉淀法合成Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs54-55
• 3.2.3 EVA/BO_3-LDHs復合材料的制備55
• 3.2.4 Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs的表征55
• 3.2.5 EVA/LDHs復合材料的分析測試55
• 3.3 測試結果與分析討論55-68
• 3.3.1 Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs的測試結果及分析55-58
• 3.3.2 EVA/BO_3-LDHs復合材料的燃燒性能測試58-62
• 3.3.3 EVA/BO_3-LDHs復合材料的抑煙性能測試62-65
• 3.3.4 EVA/BO_3-LDHs復合材料的熱分解性能測試65-68
• 3.4 本章小結68-69
• 4 LDHs改性對EVA/LDHs力學和阻燃性能影響探究69-98
• 4.1 引言69-70
• 4.2 實驗部分70-72
• 4.2.1 實驗藥品和儀器70
• 4.2.2 水滑石的制備70-71
• 4.2.3 LDHs的表征方法71
• 4.2.4 EVA/LDHs復合材料的制備71-72
• 4.2.5 EVA/LDHs復合材料的測試72
• 4.3 實驗結果72-96
• 4.3.1 水滑石測試結果72-81
• 4.3.2 EVA/LDHs復合材料的測試結果分析81-96
• 4.4 本章小結96-98
• 結論98-100
• 參考文獻100-115
• 致謝115-116
• 攻讀碩士學位期間學術任務完成目錄116-117

【參考文獻】

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本文編號：602545