共沉淀法制备赤泥基水滑石及其EVA复合材料的界面特性、阻燃与力学性能研究

发布时间：2017-08-01 04:32

  本文关键词：共沉淀法制备赤泥基水滑石及其EVA复合材料的界面特性、阻燃与力学性能研究

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【摘要】：基于盐酸活化后的氧化铝工业固体废弃物拜耳赤泥,采用共沉淀法制备了Mg/Al/Fe-CO_3 LDHs、Zn/Al/Fe-CO_3 LDHs和Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs三类水滑石;随后选取阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)和硅烷偶联剂KH-550两种改性剂对Mg/Al/Fe-CO_3 LDH-B进行了改性处理,并运用XRD、FT-IR、SEM、TGA和活化指数等测试方法对LDHs的结构性能、改性效果和改性剂用量等进行了表征测试。采用熔融共混的方式制备了与合成水滑石相应的EVA/LDHs复合材料,并采用极限氧指数(LOI)、锥形量热仪(CCT)、烟密度测试(SDT)、热失重-傅立叶变换红外光谱联用仪(TG-FTIR)等手段对EVA/LDHs复合材料的燃烧、抑烟以及热分解性能进行了测试分析,采用扫描电镜(SEM)、活性指数、拉伸测试等方法对其界面特性、力学性能进行了测试分析。实验结果表明:(1)XRD的测试结果证实,拜耳赤泥经过盐酸活化预处理后,添加不同比例的Mg2+和Zn2+,采用共沉淀法,通过导入碳酸根阴离子,可以成功制备出结晶度高、晶型良好的水滑石;合成的EVA/LDHs复合材料具有良好的阻燃和热稳定性能,复合材料的LOI值较EVA有显著提升,部分样品的LOI值超过了29%,热释放速率、总热释放等参数均有大幅降低,其中添加了50%Mg/Al/Fe-LDH-B的ELDH2样品的热释放速率峰值(PHRR)仅为199.2 kW/m2,总热释放(THR)仅为110.7 MJ/m2;比EVA的峰值热释放速率(1694.8 kW/m2)和总热释放(179.4MJ/m2)下降显著,而且复合材料还表现出良好的抑烟效果,同样是ELDH2样品,点火状态下,光通量在测试时间内一直大于90%;此外,TGA测试结果显示,水滑石在高温时有助于复合材料热稳定性的提高,但是在低温时加快了EVA的脱羧过程。(2)XRD和FT-IR的测试结果表明,硼酸根成功的插入水滑石层板,合成了晶型良好的硼酸根插层水滑石;阻燃测试表明EVA/BO_3-LDHs复合材料具有较好的阻燃抑烟性能,其中EBLDH3复合材料的阻燃抑烟性能最佳,其LOI值为27.3%,PHRR可降低至238.4 kW/m2,光通量始终在70%以上;TGA测试说明硼酸根的插入可使得水滑石的热稳定性有所提升。(3)XRD、FT-IR、SEM和接触角测试说明SDS对水滑石插层改性和KH-550的表面改性均取得了成功,SDS阴离子插层进入了水滑石的层间,改变了水滑石的晶体结构,而KH-550表面改性只是附着在水滑石表面;多种测试手段表明KH-550的最佳用量为3%,改性后的水滑石由亲水性转变成疏水性;阻燃测试结果表明,改性后EVA/LDHs复合材料的阻燃、抑烟及热降解稳定性均得到一定的提高。力学拉伸性能结果表明,SDS插层改性能显著提升复合材料的断裂伸长率,EVA/LDH-SDS的断裂伸长率值由改性前EVA/LDH-CO_3的37.5%增加到223.4%;KH-550对LDHs的表面改性既可以提高复合材料的拉伸强度,又能提高复合体系的断裂伸长率,EVA/LDHSSi-3的拉伸强度由EVA/LDH-CO_3的6.3 MPa提升到9.8 MPa,断裂伸长率则提升到426.7%,有机改性可以极大的改善赤泥基水滑石在EVA基体中的分散性和相容性,从而改善复合材料的阻燃及力学性能。(4)基于盐酸活化后拜耳赤泥,采用共沉淀法制备出的水滑石以及通过改性处理后的改性水滑石均可以作为阻燃添加剂应用于EVA,复合材料良好的阻燃抑烟、热分解及力学性能,为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关研究领域。
【关键词】：赤泥 水滑石 共沉淀 改性 阻燃性能 力学性能
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;X781
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 文献综述10-21
• 1.1 赤泥概述10-14
• 1.1.1 赤泥现状10
• 1.1.2 赤泥的危害10-11
• 1.1.3 赤泥的综合利用现状11-12
• 1.1.4 赤泥综合利用中存在的问题12-13
• 1.1.5 赤泥用作阻燃剂13-14
• 1.2 水滑石概述14-17
• 1.2.1 水滑石的结构与性质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应用研究16-17
• 1.3 水滑石的改性17-19
• 1.3.1 无机物改性水滑石17
• 1.3.2 有机物改性水滑石17-19
• 1.4 EVA/LDHs阻燃体系研究现状19
• 1.5 研究内容和意义19-21
• 1.5.1 研究内容19-20
• 1.5.2 研究意义20-21
• 2 赤泥基水滑石的制备及其阻燃性能研究21-54
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-26
• 2.2.1 实验材料与仪器21-22
• 2.2.2 水滑石的制备22-24
• 2.2.3 EVA/阻燃剂复合材料的制备24-25
• 2.2.4 水滑石的表征25
• 2.2.5 EVA/LDHs复合材料分析测试25-26
• 2.3 测试结果与分析讨论26-52
• 2.3.1 水滑石的测试结果与分析26-33
• 2.3.2 EVA/阻燃剂复合材料的测试结果分析33-52
• 2.4 本章小结52-54
• 3 硼酸根插层赤泥基水滑石的制备及其阻燃性能研究54-69
• 3.1 引言54
• 3.2 实验部分54-55
• 3.2.1 实验材料与仪器54
• 3.2.2 共沉淀法合成Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs54-55
• 3.2.3 EVA/BO_3-LDHs复合材料的制备55
• 3.2.4 Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs的表征55
• 3.2.5 EVA/LDHs复合材料的分析测试55
• 3.3 测试结果与分析讨论55-68
• 3.3.1 Mg/Al/Fe-BO_3 LDHs的测试结果及分析55-58
• 3.3.2 EVA/BO_3-LDHs复合材料的燃烧性能测试58-62
• 3.3.3 EVA/BO_3-LDHs复合材料的抑烟性能测试62-65
• 3.3.4 EVA/BO_3-LDHs复合材料的热分解性能测试65-68
• 3.4 本章小结68-69
• 4 LDHs改性对EVA/LDHs力学和阻燃性能影响探究69-98
• 4.1 引言69-70
• 4.2 实验部分70-72
• 4.2.1 实验药品和仪器70
• 4.2.2 水滑石的制备70-71
• 4.2.3 LDHs的表征方法71
• 4.2.4 EVA/LDHs复合材料的制备71-72
• 4.2.5 EVA/LDHs复合材料的测试72
• 4.3 实验结果72-96
• 4.3.1 水滑石测试结果72-81
• 4.3.2 EVA/LDHs复合材料的测试结果分析81-96
• 4.4 本章小结96-98
• 结论98-100
• 参考文献100-115
• 致谢115-116
• 攻读硕士学位期间学术任务完成目录116-117

【参考文献】

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本文编号：602545