氢氧化镁表面改性机理及其在EVA中的应用研究

发布时间：2017-12-26 00:03

本文关键词：氢氧化镁表面改性机理及其在EVA中的应用研究　出处：《中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着人们环保意识的增强和环境立法的确立,传统的卤素阻燃剂逐渐被淘汰,而无机阻燃剂特别是氢氧化镁(MDH),因其绿色环保、热稳定性高、抑烟、无毒、可中和聚合物燃烧产生的酸性气体等优点备受青睐。但MDH极性强,易团聚,表面亲水疏油,与亲油疏水的高分子基体亲和性差,在高分子基体中很难分散均匀,直接应用效果不理想。并且MDH阻燃效率低,所需填充量大,过多的填充将严重恶化复合材料的力学性能。这一问题很大程度上阻碍着MDH的推广和使用。对MDH进行表面改性是解决该问题的一个有效途径。目前,对MDH表面改性的研究主要集中在改性剂种类对复合材料力学性能和阻燃性能的影响上。但由于表面改性剂的种类和型号繁多,在表面改性剂的选择上还缺乏系统性和针对性,对改性剂如何同MDH表面作用的机理也有待进一步验证。本论文采用一系列不同结构的硅烷偶联剂,分别采用干法和湿法工艺改性MDH,旨在探讨硅烷偶联剂干法和湿法改性MDH的机理,揭示并总结偶联剂结构、官能团与其改性性能之间的关系规律。实验主要内容及结果如下:(1)不同结构的硅烷偶联剂干法和湿法改性MDH工艺条件的优化选用八种不同结构的硅烷偶联剂(O174、O1741、O1744、V151、N308、O1871、S1891和A110)分别采用干法和湿法工艺改性MDH,通过沉降曲线、活化指数和水接触角等指标优化其改性的工艺条件。不同结构硅烷干法改性较适宜的工艺条件为:改性时间10~15 min;改性温度100~120℃,三种甲基丙烯酰氧丙基的硅烷所需温度较其它的高;改性剂用量1.5~2.5 wt%,随改性剂用量增大,改性效果呈现先变好,到一定量后达到最佳,之后变差的趋势。湿法较适宜的改性工艺条件:预水解时间1.5~6.0 h,相差较大,与无机物结合的烷氧基X基团(所需时间甲氧基㩳乙氧基㩳异丙氧基)和与有机物结合的活性官能团R基团(氨基硅烷水解明显较其它快速)都有影响;改性时间40~80 min;改性温度40~70℃;改性剂用量2.0~4.0 wt%,随改性剂用量增大,改性效果一直在变化,没有出现拐点。(2)硅烷偶联剂干法和湿法改性MDH的表征及机理探讨将不同结构的硅烷偶联剂干法和湿法改性的MDH进行沉降实验、水接触角、SEM、TEM、XRD等测试,间接表征改性效果。结果显示,经干法和湿法工艺处理,不同结构硅烷都成功地包覆在MDH表面,其中经烷基硅烷改性的MDH分散性和亲油疏水性最好,氨基硅烷改性的MDH分散性和亲油疏水性最差。以乙烯基硅烷V151为代表,进一步通过TEM、FT-IR、NMR和XPS等测试干法和湿法改性前后MDH的变化,分析硅烷在干法和湿法工艺中同MDH表面作用的过程,提出干法和湿法改性的改性机理。在干法改性过程中,V151中的Si-OC2H5可直接与MDH表面的-OH反应,脱醇后形成Si-O-Mg键;而湿法工艺为多分子层的化学吸附,随改性剂用量的增大,化学吸附层的厚度增加。(3)不同结构的硅烷偶联剂干法和湿法改性对复合材料性能的影响将不同结构的硅烷偶联剂改性的MDH添加到EVA中,制备复合材料并测试其加工性能、力学性能、阻燃和抑烟性能。总体而言,经干法和湿法工艺处理后,MDH在EVA基体中的分散性和与EVA的相容性都有所提高,加工性能变好。湿法工艺在改性剂用量较多的情况下,改性效果要优于干法工艺。氨基硅烷在提升复合材料拉伸强度、阻燃性能方面要优于其它结构的硅烷,但提升复合材料断裂伸长率却是最差的。辛烷基硅烷提升复合材料断裂伸长率方面表现最好,但提升拉伸强度方面不如其它结构的硅烷。本论文优化了硅烷偶联剂干法和湿法改性MDH的工艺条件,系统验证了干法和湿法工艺中硅烷偶联剂同MDH表面作用的过程,并探讨了偶联剂结构、官能团对MDH/EVA复合材料性能的影响,为工业上改性处理MDH时更好地选择和使用改性剂提供了参考。
【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】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ132.2;TB33

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