含鎳LDH的制備及LDH-EVA復(fù)合材料的研究.pdf

1、水滑石又稱(chēng)層狀雙氫氧化物(LDHs),由于具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)以及層間陰離子與層板陽(yáng)離子的可調(diào)變性,使其在近幾年備受人們的關(guān)注,已成為無(wú)機(jī)阻燃領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。水滑石阻燃既不會(huì)產(chǎn)生有毒、有害的煙霧和氣體,并且自身具有抑煙性,對(duì)環(huán)境無(wú)污染且原料來(lái)源豐富,因此,關(guān)于水滑石阻燃高聚物的研究已有報(bào)道,但距離水滑石以高效率的阻燃進(jìn)行工業(yè)化規(guī)模的應(yīng)用,仍需要做大量的且深入的研究工作。本論文采用省時(shí)節(jié)耗的微波水熱晶化共沉淀法快速合成表面改性和插層改性

2、的含鎳水滑石,研究水滑石的結(jié)晶度、層間陰離子的作用方式、形貌、熱性質(zhì)以及表面親水性和疏水性等與改性劑和鎳含量的關(guān)系,通過(guò)熔融共混法將合成水滑石與乙烯.醋酸乙烯共聚物(Ethylene vinyl acetate copolymer,簡(jiǎn)稱(chēng)EVA)制成復(fù)合材料,并對(duì)其復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、阻燃性和力學(xué)性能進(jìn)行詳細(xì)的研究和探討。
　　 基于不同的合成方法和層板陽(yáng)離子的組成將對(duì)水滑石的物理和化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生影響,因此,首先考察不同晶化法和少量

3、鎳離子的引入對(duì)水滑石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的影響,并通過(guò)熱分析、錐形量熱法、氧指數(shù)法和力學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證水滑石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的改變對(duì)EVA共聚物的熱行為、阻燃和抑煙性以及力學(xué)性能所引起的變化；微波水熱晶化法合成的含鎳水滑石Ni0.1MgAl—MHT層間的OH--CO2-相互作用和CO32--CO32-相互作用均比其他水滑弱,表現(xiàn)在熱分析實(shí)驗(yàn)中其OH-和CO32-的熱降解發(fā)生的更早,并且更快,因此,水滑石Ni0.1MgAl—MHT雖然含有最少的水分子、氫氧根

4、和碳酸根,但鎳離子的加入和微波晶化法的聯(lián)合使得復(fù)合材料Ni0.1MgAl-MHT/EVA表現(xiàn)出最好的阻燃性能。
　　 為了改善高聚物基體與無(wú)機(jī)水滑石粒子之間的相容性,具有長(zhǎng)烷基鏈的有機(jī)陰離子改性的水滑石與聚合物的復(fù)合材料被給予高度重視。有機(jī)改性的目的是增大水滑石粒子表面的疏水性,從而提高與高聚物相的相容性。因此,制備具有高結(jié)晶度且合成方法高效率的有機(jī)改性水滑石對(duì)其阻燃高聚物的實(shí)際應(yīng)用起著非常重要的作用。采用微波水熱晶化法快速合成

5、硬脂酸鈉表面改性的碳酸根型鎳鎂鋁水滑石,隨著鎳離子含量的增加,水滑石層間碳酸根離子的相互作用形式發(fā)生變化；硬脂酸鈉表面改性劑增加了水滑石的疏水性,并且不同含量鎳離子的加入使得水滑石接觸角值有所不同,改性水滑石S-Ni0.05MgAl有最大的接觸角,其值是88°,與EVA的接觸角值是85°非常接近,因此,復(fù)合材料S-Ni0.05MgAl/EVA與純EVA相比峰值熱釋放速率(pk-HRR)降低了67.6％,點(diǎn)燃時(shí)間(Tign)延長(zhǎng)了19s,

6、火災(zāi)性能指數(shù)(FPI)降低了15kW/m2s,表現(xiàn)出最高的阻燃效率。
　　 EVA屬于非常易燃的高聚物之一,所以實(shí)際應(yīng)用的EVA中需要添加阻燃劑。無(wú)機(jī)阻燃劑一般要達(dá)到理想的阻燃效果需要較大的添加量,但隨之而來(lái)的是復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)急劇下降。高聚物的力學(xué)性能與結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)有著密切關(guān)系,且在高聚物的加工過(guò)程中,結(jié)晶過(guò)程都是在非等溫條件下進(jìn)行的。因此,首次利用非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方法考察表面改性鎂鋁和鎳鎂鋁水滑石與未改性水滑石對(duì)EV

7、A結(jié)晶過(guò)程的影響,以及結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)與力學(xué)性能的關(guān)系。20wt.％含量水滑石的添加雖然阻礙了晶核的生長(zhǎng),但卻為EVA提供了大量的異相晶核,令晶核形成時(shí)間大大減少,進(jìn)而使總的結(jié)晶速率增加,有效地促進(jìn)了復(fù)合材料的結(jié)晶過(guò)程。
　　 由于稀土具有優(yōu)良的光、電和磁等物理特性,因此,它能與其他材料組成品種繁多且性能各異的新型材料,稀土元素最突出的特點(diǎn)是微量稀土的加入便可大幅度地提高其他產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。首次將極微量的La、Ce、Nd和Y等

8、稀土元素?fù)诫s到硬脂酸鈉表面改性的鎳鎂鋁水滑石中,研究不同稀土元素對(duì)水滑石物理-化學(xué)性質(zhì)的改變,并對(duì)比其對(duì)EVA性能的影響；微量稀土離子的引入,使得水滑石的一些IR特征譜帶發(fā)生藍(lán)移或紅移,摻雜稀土鑭和鈰的水滑石對(duì)硬脂酸鈉有更強(qiáng)的吸附能力,不同的稀土元素對(duì)其接觸角的影響不同,其中含鑭水滑石與EVA有最相近的接觸角,其值是87°,因此,摻雜鑭的水滑石在EVA基體中不但有最好的相容性,而且也展示了最均一的分散性。在所有摻雜稀土的水滑石中摻雜微量

9、稀土鑭的水滑石對(duì)EVA共聚物的熱性能、阻燃性能和力學(xué)性能提高的最多。
　　 插層有機(jī)改性水滑石的目的是用大體積的有機(jī)陰離子增大水滑石的層空間,使高聚物的分子鏈或鏈段進(jìn)入層空間或?qū)影暹M(jìn)行纏繞,從而改善高聚物相與無(wú)機(jī)相的相容性。采用微波晶化與傳統(tǒng)水熱晶化共沉淀法對(duì)比合成硬脂酸鈉插層改性的鎳鋁水滑石,考察晶化時(shí)問(wèn)及N2保護(hù)條件對(duì)插層改性水滑石的內(nèi)部微觀晶體結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和熱性質(zhì)的改變情況,并詳細(xì)探討插層改性鎳鋁水滑石與未改性鎳鋁水滑