首页> 正文

含镍LDH的制备及LDH/EVA复合材料的研究

2020-12-11阅读(634)

含镍LDH的制备及LDH/EVA复合材料的研究

论文摘要

水滑石又称层状双氢氧化物（LDHs）,由于具有独特的层状结构以及层间阴离子与层板阳离子的可调变性,使其在近几年备受人们的关注,己成为无机阻燃领域研究的热点之一。水滑石阻燃既不会产生有毒、有害的烟雾和气体,并且自身具有抑烟性,对环境无污染且原料来源丰富,因此,关于水滑石阻燃高聚物的研究已有报道,但距离水滑石以高效率的阻燃进行工业化规模的应用,仍需要做大量的且深入的研究工作。本论文采用省时节耗的微波水热晶化共沉淀法快速合成表面改性和插层改性的含镍水滑石,研究水滑石的结晶度、层间阴离子的作用方式、形貌、热性质以及表面亲水性和疏水性等与改性剂和镍含量的关系,通过熔融共混法将合成水滑石与乙烯-醋酸乙烯共聚物（Ethylene vinyl acetate copolymer,简称EVA）制成复合材料,并对其复合材料的热稳定性、阻燃性和力学性能进行详细的研究和探讨。基于不同的合成方法和层板阳离子的组成将对水滑石的物理和化学性质产生影响,因此,首先考察不同晶化法和少量镍离子的引入对水滑石结构与性质的影响,并通过热分析、锥形量热法、氧指数法和力学实验来验证水滑石结构与性质的改变对EVA共聚物的热行为、阻燃和抑烟性以及力学性能所引起的变化；微波水热晶化法合成的含镍水滑石Ni0.1MgAl-MHT层间的OH--CO32相互作用和CO32--CO32相互作用均比其他水滑石弱,表现在热分析实验中其OH-和C032-的热降解发生的更早,并且更快,因此,水滑石Ni0.1MgAl-MHT虽然含有最少的水分子、氢氧根和碳酸根,但镍离子的加入和微波晶化法的联合使得复合材料Ni0.1MgAl-MHT/EVA表现出最好的阻燃性能。为了改善高聚物基体与无机水滑石粒子之间的相容性,具有长烷基链的有机阴离子改性的水滑石与聚合物的复合材料被给予高度重视。有机改性的目的是增大水滑石粒子表面的疏水性,从而提高与高聚物相的相容性。因此,制备具有高结晶度且合成方法高效率的有机改性水滑石对其阻燃高聚物的实际应用起着非常重要的作用。采用微波水热晶化法快速合成硬脂酸钠表面改性的碳酸根型镍镁铝水滑石,随着镍离子含量的增加,水滑石层间碳酸根离子的相互作用形式发生变化；硬脂酸钠表面改性剂增加了水滑石的疏水性,并且不同含量镍离子的加入使得水滑石接触角值有所不同,改性水滑石S-Ni0.05MgAl有最大的接触角,其值是88°,与EVA的接触角值是85°非常接近,因此,复合材料S-Ni0.05MgAl/EVA与纯EVA相比峰值热释放速率（pk-HRR）降低了67.6%,点燃时间（Tign）延长了19s,火灾性能指数（FPI）降低了15kW/m2s,表现出最高的阻燃效率。EVA属于非常易燃的高聚物之一,所以实际应用的EVA中需要添加阻燃剂。无机阻燃剂一般要达到理想的阻燃效果需要较大的添加量,但随之而来的是复合材料的力学性能会急剧下降。高聚物的力学性能与结晶度和结晶形态有着密切关系,且在高聚物的加工过程中,结晶过程都是在非等温条件下进行的。因此,首次利用非等温结晶动力学方法考察表面改性镁铝和镍镁铝水滑石与未改性水滑石对EVA结晶过程的影响,以及结晶度和结晶形态与力学性能的关系。20wt.%含量水滑石的添加虽然阻碍了晶核的生长,但却为EVA提供了大量的异相晶核,令晶核形成时间大大减少,进而使总的结晶速率增加,有效地促进了复合材料的结晶过程。由于稀土具有优良的光、电和磁等物理特性,因此,它能与其他材料组成品种繁多且性能各异的新型材料,稀土元素最突出的特点是微量稀土的加入便可大幅度地提高其他产品的性能和质量。首次将极微量的La, Ce, Nd和Y等稀土元素掺杂到硬脂酸钠表面改性的镍镁铝水滑石中,研究不同稀土元素对水滑石物理-化学性质的改变,并对比其对EVA性能的影响；微量稀土离子的引入,使得水滑石的一些IR特征谱带发生蓝移或红移,掺杂稀土镧和铈的水滑石对硬脂酸钠有更强的吸附能力,不同的稀土元素对其接触角的影响不同,其中含镧水滑石与EVA有最相近的接触角,其值是87°,因此,掺杂镧的水滑石在EVA基体中不但有最好的相容性,而且也展示了最均一的分散性。在所有掺杂稀土的水滑石中掺杂微量稀土镧的水滑石对EVA共聚物的热性能、阻燃性能和力学性能提高的最多。插层有机改性水滑石的目的是用大体积的有机阴离子增大水滑石的层空间,使高聚物的分子链或链段进入层空间或对层板进行缠绕,从而改善高聚物相与无机相的相容性。采用微波晶化与传统水热晶化共沉淀法对比合成硬脂酸钠插层改性的镍铝水滑石,考察晶化时间及N2保护条件对插层改性水滑石的内部微观晶体结构、表面性质和热性质的改变情况,并详细探讨插层改性镍铝水滑石与未改性镍铝水滑石对EVA性能产生显著差异的原因。硬脂酸钠插层改性水滑石Ni3.0Al-MHTN30m的接触角值是99。,而未改性镍铝水滑石Ni3.0Al-CO3的接触角值是460,由于插层改性水滑石的表而疏水性能与EVA更接近,使得Ni3.0Al-MHTN30m与EVA基体有更好的相容性,因此,与未改性水滑石相比,插层改性的镍铝水滑石有更好的阻燃和力学性能。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 阻燃性能的主要表征技术
  • 1.2.1 锥形量热法
  • 1.2.2 氧指数法
  • 1.2.3 塑料燃烧试验UL-94法
  • 1.3 高聚物阻燃技术的研究
  • 1.3.1 国内外阻燃剂的发展现状
  • 1.3.2 高聚物无机阻燃技术的研究
  • 1.4 水滑石的国内外研究现状
  • 1.4.1 水滑石的结构和化学组成
  • 1.4.2 水滑石的性质
  • 1.4.3 水滑石的制备方法
  • 1.4.4 水滑石的改性
  • 1.4.5 水滑石的主要表征方法
  • 1.4.6 水滑石的应用
  • 1.5 本论文的研究目的与研究内容
  • 1.5.1 研究目的
  • 1.5.2 研究内容
  • 2 晶化方法与镍离子对LDH的影响及LDH/EVA复合材料的性能研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 实验原料
  • 2.2.2 水滑石的合成与EVA复合材料的制备
  • 2.2.3 材料表征与性能测试
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 水滑石的XRD和IR分析
  • 2.3.2 水滑石的热分析
  • 2.3.3 水滑石的接触角和形貌分析
  • 2.3.4 EVA和LDH/EVA复合材料的XRD表征与形貌分析
  • 2.3.5 EVA和LDH/EVA复合材料的热分析
  • 2.3.6 EVA和LDH/EVA复合材料的锥形量热表征和剩余物分析
  • 2.3.7 EVA和LDH/EVA复合材料的氧指数测试
  • 2.3.8 四个水滑石对EVA力学性能的影响
  • 2.4 本章小结
  • 3 表面改性不同含镍量水滑石对EVA性能的影响研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验原料
  • 3.2.2 表面改性水滑石的合成与EVA复合材料的制备
  • 3.2.3 材料表征与性能测试
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 硬脂酸钠表面改性水滑石的XRD分析
  • 3.3.2 硬脂酸钠表面改性水滑石的IR与形貌分析
  • 3.3.3 硬脂酸钠表面改性水滑石的接触角分析
  • 3.3.4 硬脂酸钠表面改性水滑石的热分析
  • 3.3.5 硬脂酸钠表面改性水滑石复合材料的XRD分析
  • 3.3.6 硬脂酸钠表面改性水滑石复合材料的热分析
  • 3.3.7 LDH/EVA复合材料的锥形量热表征
  • 3.3.8 LDH/EVA复合材料的锥形量热剩余物分析
  • 3.3.9 LDH/EVA复合材料的极限氧指数测试
  • 3.3.10 LDH/EVA复合材料的力学性能测试
  • 3.4 本章小结
  • 4 LDH/EVA复合材料的非等温结晶动力学研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 实验原料
  • 4.2.2 材料测试
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 降温速率对试样结晶的影响
  • 4.3.2 结晶动力学分析
  • 4.4 本章小结
  • 5 掺杂稀土的改性水滑石对EVA性能的影响研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 实验原料
  • 5.2.2 掺杂稀上的改性水滑石的合成与EVA复合材料的制备
  • 5.2.3 材料表征与性能测试
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 硬脂酸钠表面改性掺杂稀土的镍镁铝水滑石的XRD分析
  • 5.3.2 掺杂稀土的改性水滑石的IR分析
  • 5.3.3 掺杂稀土的改性水滑石的接触角与形貌分析
  • 5.3.4 掺杂稀土的改性水滑石的热分析
  • 5.3.5 LDH/EVA复合材料的XRD分析
  • 5.3.6 LDH/EVA复合材料的热分析
  • 5.3.7 LDH/EVA复合材料的锥形量热和剩余物分析
  • 5.3.8 LDH/EVA复合材料的极限氧指数测试
  • 5.3.9 LDH/EVA复合材料的力学和形貌分析
  • 5.4 本章小结
  • 6 插层改性水滑石与EVA复合材料性能的研究
  • 6.1 引言
  • 6.2 实验部分
  • 6.2.1 实验原料
  • 6.2.2 水滑石的合成与EVA复合材料的制备
  • 6.2.3 材料表征与性能测试
  • 6.3 结果与讨论
  • 6.3.1 未改性水滑石与硬脂酸钠插层改性水滑石的元素分析
  • 6.3.2 形貌分析和红外表征
  • 6.3.3 水滑石的XRD分析
  • 6.3.4 接触角分析
  • 6.3.5 水滑石样品的热分析
  • 6.3.6 LDH/EVA复合材料的XRD分析
  • 6.3.7 LDH/EVA复合材料的热分析
  • 6.3.8 LDH/EVA复合材料的锥形量热表征
  • 6.3.9 LDH/EVA复合材料锥形量热剩余物分析
  • 6.3.10 LDH/EVA复合材料的极性氧指数测试
  • 6.3.11 LDH/EVA复合材料的力学性能测试
  • 6.3.12 LDH/EVA复合材料的形貌
  • 6.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢
  • 个人简历

    • 相关论文文献

    • [1].肥皂为什么能洗掉衣服上的油污?[J]. 小雪花(小学生成长指南) 2016(11)
    • [2].硬脂酸钠改性镁铝水滑石的制备及其对PVC热稳定性能的影响[J]. 塑料工业 2018(09)
    • [3].纳米氢氧化镁的表面改性研究[J]. 中国包装工业 2013(12)
    • [4].淀粉-硬脂酸钠改性GCC的制备[J]. 纸和造纸 2014(03)
    • [5].磺化硬脂酸钠的制备及表征[J]. 精细石油化工 2019(02)
    • [6].淀粉-硬脂酸钠改性粉煤灰基硅酸钙的pH优化[J]. 纸和造纸 2015(11)
    • [7].硬脂酸钠改性碳酸钙在水中聚团及机理研究[J]. 非金属矿 2018(02)
    • [8].GCC改性中淀粉-硬脂酸钠复合物包覆量对其使用效果的影响[J]. 中国造纸 2014(07)
    • [9].新型环保固体胶的研制与性能研究[J]. 当代化工 2017(09)
    • [10].膨胀蛭石表面疏水改性的实验研究[J]. 非金属矿 2010(05)
    • [11].4种脂肪酸浮选捕收剂的生物降解性能研究[J]. 环境污染与防治 2010(09)
    • [12].水铝钙石的表面改性研究[J]. 塑料助剂 2016(02)
    • [13].以工业副产锌泥水热合成硼酸锌及表面改性[J]. 无机盐工业 2017(08)
    • [14].硬脂酸钠对原位改性纳米CaCO_3的壳聚糖基复合涂膜性能的影响[J]. 中国食品学报 2015(09)
    • [15].丙烯酸酯共聚物-聚乙烯吡咯烷酮固体胶的研制[J]. 中国胶粘剂 2016(09)
    • [16].水性蜡笔的制备工艺及性能研究[J]. 江西化工 2016(03)
    • [17].硫酸钙晶须制备过程中的表面改性研究[J]. 中国粉体技术 2015(02)
    • [18].Ni_2P微球的溶剂热合成与表征[J]. 陕西科技大学学报(自然科学版) 2012(05)
    • [19].硬脂酸钠湿法改性盐泥的研究[J]. 中国粉体技术 2015(02)
    • [20].熔融碱裂解硬脂酸钠制备烃类液体燃料油的初步研究[J]. 太阳能学报 2015(03)
    • [21].脂肪酸对小鼠前体脂肪细胞增殖分化及OLR1基因转录表达的作用[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版) 2009(03)
    • [22].功能性碳酸钙材料的仿生合成及表征[J]. 化工进展 2009(11)
    • [23].配方精选[J]. 广州化工 2014(17)
    • [24].纳米氢氧化镁表面改性研究[J]. 盐湖研究 2009(04)
    • [25].Ni_2P的水热合成与表征[J]. 应用化工 2016(11)
    • [26].硫酸钙和硫酸镁晶须对复合树脂维氏硬度的影响[J]. 口腔医学 2011(03)
    • [27].硬脂酸钠改性蒙脱石对水中亚甲基蓝的吸附性能研究[J]. 矿物岩石地球化学通报 2011(02)
    • [28].改性重质碳酸钙的粒径大小对纸张性能的影响[J]. 造纸科学与技术 2015(01)
    • [29].硬脂酸系列对天然重晶石粉末的表面改性[J]. 应用化工 2010(02)
    • [30].石蜡基原油稀土示踪剂的合成及溶解性研究[J]. 应用化工 2014(S2)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

    含镍LDH的制备及LDH/EVA复合材料的研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5