本文關鍵詞：氫氧化鎂表面改性機理及其在EVA中的應用研究　出處：《中國科學院大學(中國科學院青海鹽湖研究所)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：隨著人們環(huán)保意識的增強和環(huán)境立法的確立,傳統(tǒng)的鹵素阻燃劑逐漸被淘汰,而無機阻燃劑特別是氫氧化鎂(MDH),因其綠色環(huán)保、熱穩(wěn)定性高、抑煙、無毒、可中和聚合物燃燒產生的酸性氣體等優(yōu)點備受青睞。但MDH極性強,易團聚,表面親水疏油,與親油疏水的高分子基體親和性差,在高分子基體中很難分散均勻,直接應用效果不理想。并且MDH阻燃效率低,所需填充量大,過多的填充將嚴重惡化復合材料的力學性能。這一問題很大程度上阻礙著MDH的推廣和使用。對MDH進行表面改性是解決該問題的一個有效途徑。目前,對MDH表面改性的研究主要集中在改性劑種類對復合材料力學性能和阻燃性能的影響上。但由于表面改性劑的種類和型號繁多,在表面改性劑的選擇上還缺乏系統(tǒng)性和針對性,對改性劑如何同MDH表面作用的機理也有待進一步驗證。本論文采用一系列不同結構的硅烷偶聯劑,分別采用干法和濕法工藝改性MDH,旨在探討硅烷偶聯劑干法和濕法改性MDH的機理,揭示并總結偶聯劑結構、官能團與其改性性能之間的關系規(guī)律。實驗主要內容及結果如下:(1)不同結構的硅烷偶聯劑干法和濕法改性MDH工藝條件的優(yōu)化選用八種不同結構的硅烷偶聯劑(O174、O1741、O1744、V151、N308、O1871、S1891和A110)分別采用干法和濕法工藝改性MDH,通過沉降曲線、活化指數和水接觸角等指標優(yōu)化其改性的工藝條件。不同結構硅烷干法改性較適宜的工藝條件為:改性時間10~15 min;改性溫度100~120℃,三種甲基丙烯酰氧丙基的硅烷所需溫度較其它的高;改性劑用量1.5~2.5 wt%,隨改性劑用量增大,改性效果呈現先變好,到一定量后達到最佳,之后變差的趨勢。濕法較適宜的改性工藝條件:預水解時間1.5~6.0 h,相差較大,與無機物結合的烷氧基X基團(所需時間甲氧基㩳乙氧基㩳異丙氧基)和與有機物結合的活性官能團R基團(氨基硅烷水解明顯較其它快速)都有影響;改性時間40~80 min;改性溫度40~70℃;改性劑用量2.0~4.0 wt%,隨改性劑用量增大,改性效果一直在變化,沒有出現拐點。(2)硅烷偶聯劑干法和濕法改性MDH的表征及機理探討將不同結構的硅烷偶聯劑干法和濕法改性的MDH進行沉降實驗、水接觸角、SEM、TEM、XRD等測試,間接表征改性效果。結果顯示,經干法和濕法工藝處理,不同結構硅烷都成功地包覆在MDH表面,其中經烷基硅烷改性的MDH分散性和親油疏水性最好,氨基硅烷改性的MDH分散性和親油疏水性最差。以乙烯基硅烷V151為代表,進一步通過TEM、FT-IR、NMR和XPS等測試干法和濕法改性前后MDH的變化,分析硅烷在干法和濕法工藝中同MDH表面作用的過程,提出干法和濕法改性的改性機理。在干法改性過程中,V151中的Si-OC2H5可直接與MDH表面的-OH反應,脫醇后形成Si-O-Mg鍵;而濕法工藝為多分子層的化學吸附,隨改性劑用量的增大,化學吸附層的厚度增加。(3)不同結構的硅烷偶聯劑干法和濕法改性對復合材料性能的影響將不同結構的硅烷偶聯劑改性的MDH添加到EVA中,制備復合材料并測試其加工性能、力學性能、阻燃和抑煙性能。總體而言,經干法和濕法工藝處理后,MDH在EVA基體中的分散性和與EVA的相容性都有所提高,加工性能變好。濕法工藝在改性劑用量較多的情況下,改性效果要優(yōu)于干法工藝。氨基硅烷在提升復合材料拉伸強度、阻燃性能方面要優(yōu)于其它結構的硅烷,但提升復合材料斷裂伸長率卻是最差的。辛烷基硅烷提升復合材料斷裂伸長率方面表現最好,但提升拉伸強度方面不如其它結構的硅烷。本論文優(yōu)化了硅烷偶聯劑干法和濕法改性MDH的工藝條件,系統(tǒng)驗證了干法和濕法工藝中硅烷偶聯劑同MDH表面作用的過程,并探討了偶聯劑結構、官能團對MDH/EVA復合材料性能的影響,為工業(yè)上改性處理MDH時更好地選擇和使用改性劑提供了參考。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院青海鹽湖研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ132.2;TB33

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本文編號：1334975