论文题目: 胶体五氧化二锑的制备、性质及对环氧树脂阻燃作用的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 冶金物理化学
作者: 张利
导师: 龚竹青,陈文汨
关键词: 胶体,稳定剂,表面改性,环氧树脂固化,阻燃作用
文献来源: 中南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 锑是一种十分宝贵的有色金属,对锑产品的研究和开发具有重要的意义。在美国、日本等经济发达国家,锑应用的最大领域是阻燃剂,约占锑总消费量的60%～70%,其中胶体Sb2O5性能最好。而我国作为世界锑资源大国,对锑系阻燃剂的研究还很落后,锑消费结构仍以初级锑产品为主,阻燃剂用锑量仅占5%左右,目前尚未见胶体Sb2O5阻燃环氧树脂方面的研究报道。本论文采用双氧水氧化法制备胶体Sb2O5,着重研究了胶体Sb2O5的形成、性质及其对环氧树脂的阻燃增效作用。这对促进我国锑工业和阻燃剂工业的发展,意义重大。 在氧化法制备胶体Sb2O5过程中,稳定剂种类及用量、双氧水用量及加入方式、反应温度、加料固液比是影响胶体形成的主要因素。H3PO4、NH4H2PO4、TEA和THAM都是胶体Sb2O5的优良稳定剂。当n（H3PO4）/n（Sb）=0.15～0.30或n（TEA）/n（Sb）=0.25～0.35时,得到45%的胶体Sb2O5,粒子形貌为球形,平均粒径为30～40nm,25℃黏度为6～7cp,稳定存在1年以上。以H3PO4作为稳定剂时,加料固液比和反应温度对胶体形成的影响较大;以TEA作为稳定剂时,减弱了反应温度的影响,TEA用量的影响最大。稳定的Sb2O5胶粒表面带负电,|ζ|高达60mV,在190～300nm表现出较强的紫外光宽带吸收。当稳定剂用量较少时,氧化产物为立方晶Sb2O5·4H2O,在500℃以下热稳定性较好。 本论文首次采用电导率法,结合XRD、IR等分析,探讨了稳定剂在Sb2O5水溶胶中的稳定机理。结果表明,以H3PO4作为稳定剂时,通过静电稳定机制,形成了稳定胶团[mSb2O5·nAx-·yOH-·iH2O·jH+]·（nx+y-j）H+,Ax-表示PO43-、H2PO4-、HPO42-。以TEA作为稳定剂时,TEA参与了胶核S的形成反应,当n（TEA）/n（Sb）=0.25时,形成了稳定胶团[S·nOH-·xH2O·mTEAH+]·（n-m）TEAH+。本论文还通过“反常电导”曲线和摩尔电导率的比值λ/λ0反映了有机溶剂对Sb2O5水溶胶稳定性的影响。有机溶剂介电常数越小,失稳作用越强,如乙二醇<DMF<THF。当λ/λ0从1.0降至0.20时,Sb2O5胶粒团聚加剧;当λ/λ0低于0.10时,则形成Sb2O5沉淀。 为了将胶体Sb2O5切实地用于环氧树脂中,必须对其进行表面改性。本论文通过接触角、活化指数和IR分析,发现,Sb2O5水溶胶在80℃经硅烷偶联剂KH处理后,提高了其在DMF中的分散性,或在正丙胺和乳酸的共同作用下,可形成40%的Sb2O5-DMF有机溶胶,平均粒径为（94±14）nm,25℃黏度为8.2cp,其中KH、正丙胺和乳酸的用量分别占Sb2O5质量的4%、2.5%和2.0%。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
前言
第一章 文献综述
1．1 胶体Sb_2O_5的制备与稳定剂的选择
1．1．1 Sb_2O_5水溶胶的制备方法
1．1．2 适用Sb_2O_5水溶胶的稳定剂
1．1．3 Sb_2O_5有机溶胶的制备方法
1．2 胶体Sb_2O_5的阻燃应用
1．2．1 胶体Sb_2O_5的应用领域
1．2．2 胶体Sb_2O_5在环氧树脂中的阻燃应用
1．3 胶体Sb_2O_5的表面改性
1．3．1 表面改性方法
1．3．2 表面改性效果评价
1．4 研究目标和主要研究内容
第二章 电解质稳定的胶体Sb_2O_5制备及物性研究
2．1 实验部分
2．1．1 主要实验仪器
2．1．2 主要实验方法
2．2 影响胶体Sb_2O_5形成的主要因素
2．2．1 稳定剂的性质对胶体形成的影响
2．2．2 H_3PO_4用量对胶体形成的影响
2．2．3 氧化剂用量对胶体形成的影响
2．2．4 反应温度对胶体形成的影响
2．2．5 加料固液比对胶体形成的影响
2．3 正交实验研究制胶工艺
2．4 H_3PO_4稳定的胶体Sb_2O_5物性研究
2．4．1 胶体粒子大小及形貌
2．4．2 物相组成
2．4．3 紫外-可见光光吸收特性
2．4．4 热稳定性
2．5 本章小结
第三章 H_2O_2氧化法制备胶体Sb_2O_5的基础理论研究
3．1 实验方法及原理
3．1．1 测量反应转化率随反应时间的变化曲线
3．1．2 表观活化能E_α的计算
3．1．3 电化学辅助实验
3．1．4 变更反应介质实验
3．2 氧化成胶过程的特征分析
3．3 H_2O_2与Sb_2O_3之间的氧化反应动力学
3．3．1 氧化反应表观活化能
3．3．2 氧化反应模型
3．3．3 搅拌强度对氧化反应过程的影响
3．4 H_2O_2与Sb_2O_3的电化学反应机理与氧化成胶机理
3．4．1 三种可能存在的电化学反应历程
3．4．2 电化学辅助实验结果分析
3．4．3 反应介质对氧化反应的影响
3．4．4 H_2O_2与Sb_2O_3的电化学反应机理
3．4．5 氧化成胶机理
3．5 本章小结
第四章 H_3PO_4作用的胶体稳定性与稳定机理
4．1 实验部分
4．1．1 主要实验仪器
4．1．2 主要实验方法
4．2 H_3PO_4稳定的胶体Sb_2O_5荷电性
4．3 H_3PO_4作用的胶体Sb_2O_5稳定性研究
4．3．1 H_3PO_4对ζ电位的影响
4．3．2 氧化反应条件对ζ电位的影响
4．3．3 电导率、沉降体积表征分散系稳定性
4．4 H_3PO_4对胶体Sb_2O_5的稳定机理与胶团结构
4．4．1 红外光谱分析H_3PO_4的作用机理
4．4．2 电导率法研究H_3PO_4的作用机理
4．4．3 H_3PO_4稳定的Sb_2O_5胶团结构
4．5 本章小结
第五章 有机物稳定的胶体Sb_2O_5制备、性质与稳定机理
5．1 实验部分
5．2 有机物稳定的胶体Sb_2O_5制备研究
5．2．1 有机物分子结构对胶体形成的影响
5．2．2 稳定剂用量对胶粒大小与分布的影响
5．2．3 氧化剂用量及加入方式对胶粒大小与分布的影响
5．2．4 反应温度对胶粒大小与分布的影响
5．2．5 加料固液比对胶粒大小与分布的影响
5．2．6 正交实验研究TEA稳定的胶体Sb_2O_5制备工艺
5．3 TEA稳定的胶体Sb_2O_5物性研究
5．3．1 TEA稳定的胶粒大小及形貌
5．3．2 TEA作用的胶态产物组成
5．3．3 TEA稳定的胶体Sb_2O_5荷电性
5．3．4 TEA稳定的胶体Sb_2O_5光吸收特性
5．3．5 TEA作用的胶态干粉热稳定性
5．4 TEA作用的胶体Sb_2O_5稳定性研究
5．4．1 ζ电位表征TEA作用的胶体稳定性
5．4．2 TEA用量对ζ电位的影响
5．4．3 pH值对TEA作用的胶体稳定性影响
5．5 TEA在胶体Sb_2O_5制备中的作用机理
5．5．1 TEA加速氧化反应的作用
5．5．2 TEA对IR分析的影响
5．5．3 电导率法研究TEA的作用机理
5．6 本章小结
第六章 有机溶剂对胶体Sb_2O_5的失稳作用与胶体改性
6．1 主要实验原理与方法
6．1．1 非水电解质溶液的反常电导
6．1．2 电导率法研究有机溶剂的失稳作用
6．1．3 胶体Sb_2O_5表面改性与评价
6．2 有机溶剂对胶体Sb_2O_5的失稳作用
6．2．1 有机溶剂对胶体Sb_2O_5摩尔电导率的影响
6．2．2 摩尔电导率的比值表征胶体稳定性
6．2．3 有机溶剂的失稳作用
6．3 胶体Sb_2O_5的改性研究
6．3．1 改性剂对Sb_2O_5胶粒表面性质的影响
6．3．2 影响Sb_2O_5胶粒表面改性效果的因素分析
6．3．3 Sb_2O_5有机分散系的间接制备
6．4 本章小结
第七章 胶态Sb_2O_5对环氧树脂固化物的阻燃增效作用
7．1 实验部分
7．1．1 主要实验试剂和实验仪器
7．1．2 环氧树脂固化机理
7．1．3 氧指数
7．1．4 树脂固化物的制备
7．1．5 树脂固化物性能检测
7．2 环氧树脂固化工艺的研究
7．2．1 环氧树脂与固化剂的配比对树脂固化物性能的影响
7．2．2 恒温固化温度对树脂固化物性能的影响
7．2．3 恒温固化时间对树脂固化物性能的影响
7．2．4 自由水含量对树脂固化物性能的影响
7．2．5 固化方式对树脂固化物性能的影响
7．3 改性Sb_2O_5对树脂固化物的阻燃增效作用
7．3．1 各种锑氧化物对树脂固化效果的影响
7．3．2 改性Sb_2O_5对树脂固化物燃烧性能的影响
7．3．3 改性Sb_2O_5与FR-10的阻燃协效作用
7．4 本章小结
第八章 结论
参考文献
附录1 硫酸铈容量法分析Sb_2O_3与Sb_2O_5的含量
附录2 氧指数法测定环氧树脂固化物燃烧性能
附录3 读博期间作者发表的论文和所获奖励
致谢
发布时间: 2006-03-28
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