镁基水滑石紫外阻隔材料的制备及在聚丙烯中的应用

发布时间：2020-06-24 23:19

【摘要】：我国拥有丰富的盐湖资源,其中富含钠、钾、镁、锂等盐类成分。目前,盐湖开发主要是以提取钾和锂资源为主,在提钾和提锂的过程中副产了大量的镁化合物,不仅造成了资源浪费,同时还引发了环保问题,因此需要对盐湖镁资源进行有效利用,以促进盐湖资源的综合利用和平衡开采。当前盐湖镁资源的开发利用多处于初级或低值化阶段,更高层次的开发要着重于镁基产品的多途径利用。水滑石(LDHs)作为一类高值化无机超分子结构功能材料,在诸多领域具有广泛的应用,尤其作为紫外阻隔材料添加到高聚物中表现出良好的效果,可以显著提高聚合物材料的耐光老化性。目前,传统MgAl-LDHs的紫外阻隔性较弱,为提高镁基LDHs材料的紫外阻隔性能,有必要更深入地研究LDHs材料与紫外阻隔性能间的构效关系,从而开发出具有优异性能的新型镁基LDHs紫外阻隔材料,并进一步促进其在高分子材料抗紫外老化领域的应用。本论文针对聚合物材料的紫外老化现象和镁基LDHs紫外阻隔材料在应用过程中存在的瓶颈问题,首先,系统地研究了镁基LDHs的主体层板化学组成、一次粒径与其紫外阻隔性能之间的构效关系;接着,以高镁锂比盐湖卤水为原料制备镁基LDHs紫外阻隔材料,同时降低卤水镁锂比;再者,使用成核晶化隔离法对制备过程进行强化,得到粒径均一的LDHs产品,并系统考察了合成工艺中投料比、反应温度和反应时间对镁基LDHs产品结构、形貌和粒径的影响,为盐湖卤水中镁资源高值化利用及镁锂分离提供了基础工艺参数;最后,将制备的系列镁基LDHs紫外阻隔材料添加到聚丙烯(PP)中进行紫外加速老化实验,考察了其对聚合物材料的抗紫外老化效果。主要的研究内容和成果如下:1.不同层板组成的镁基LDHs制备及其紫外阻隔性能研究首先采用成核晶化隔离法可控合成了具有相同粒径、不同层板组成的M~(II)MgAl-LDHs(M=Mg,Co,Ni,Cu,Zn)材料,研究了层板组成对镁基LDHs紫外阻隔性能的影响。实验结果表明在UVA和UVB区域ZnMgAl-LDHs显示出最高的紫外阻隔性能,在UVC区域中CuMgAl-LDHs显示出最高的阻隔性能。进一步将M~(II)MgAl-LDHs添加到PP中进行紫外加速老化试验,结果表明ZnMgAl-LDHs对PP中自由基的产生具有最强的抑制作用,因此PP/ZnMgAl-LDHs表现出最优异的耐光老化性。该部分工作为镁基LDHs紫外阻隔材料的工业应用和推广提供了一定的理论基础和技术支持。2.不同粒径的镁基LDHs制备及其紫外阻隔性能研究采用不同的沉淀剂,利用成核晶化隔离法和水热合成法可控合成了具有相同层板化学组成,一次粒径平均值分别为63 nm、80 nm、136 nm、270 nm、466 nm、570 nm、1.3μm、1.7μm、3.3μm和4.5μm的系列镁基LDHs,并研究了一次粒径对镁基LDHs紫外阻隔性能的影响。实验结果表明,一次粒径为136 nm~270 nm的Mg_2Al-LDHs具有最佳的紫外阻隔性能。该部分工作对于控制紫外阻隔用镁基LDHs的粒径范围,以及可控制备纳米级和微米级镁基LDHs材料具有一定的借鉴意义。3.以盐湖卤水为原料制备镁基LDHs及其紫外阻隔性能研究利用青海东台吉乃尔盐湖老卤(镁锂比值为22.02)为原料,采用成核晶化隔离法制备镁基LDHs紫外阻隔材料,考察了原料浓度、反应温度、晶化时间等工艺参数对镁基LDHs结构和形貌的影响。实验结果表明,当卤水镁离子浓度为0.8 mol·L~(-1),反应温度为120°C,晶化时间为24 h时,可制备出结晶度高、形貌规整、一次粒径在170 nm左右的Mg_2Al-LDHs和226 nm左右的ZnMgAl-LDHs,同时得到可回收料液的镁锂比值在0.85以下。该部分工作为盐湖镁资源开发出高值化镁基LDHs紫外阻隔材料提供了基础工艺参数,同时为降低高镁锂比盐湖卤水的镁锂比提供了新思路。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB34;TQ325.14
【图文】：

层状结构

镁基水滑石紫外阻隔材料的制备及在聚丙烯中的应用所示，LDHs 是一类很大的天然和合成化合物，其结层，其中主体层板的结构类似于水镁石 Mg(OH)2，不静电中性的，而 LDHs 相的主体层板上一些 MO6八离子同晶取代，使主体层板带正电荷；中间层存在带s 呈电中性。此外 LDHs 层间还容纳有水分子与层板

六方堆积,层板,菱形,对称类

1.2 LDHs 的两种层板堆积方式（左：菱形堆积，右：六方堆积）Figure 1.2 Two stacking methods of LDHs. (left: 3R, right: 2H)表 1.2 部分镁基水滑石族天然矿物Table 1.2 Magnesium-based hydrotalcite group minerals英文名称 M2+M3+化学式对称类Hydrotalcite Mg Al Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O 3R Manasseite Mg Al Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O 2H Quintinite-3T Mg Al Mg4Al2(OH)12CO3·3H2O 3R Quintinite-2H Mg Al Mg4Al2(OH)12CO3·3H2O 2H Meixnerite Mg Al Mg6Al2(OH)18·4H2O 3R Stichtite Mg Cr Mg6Cr2(OH)16CO3·4H2O 3R Barbertonite Mg Cr Mg6Cr2(OH)16CO3·4H2O 2H Desautelsite Mg Mn Mg6Mn2(OH)16CO3·4H2O 3R

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