氫氧化鎂的表面改性

1、 硅烷偶聯(lián)劑改性氫氧化鎂硅烷偶聯(lián)劑改性氫氧化鎂張偉張偉娜娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、 姓名：張偉娜姓名：張偉娜指導(dǎo)老師：李祥高指導(dǎo)老師：李祥高 教授教授匯報(bào)日期：匯報(bào)日期：2015年年9月月12 1 1 氫氧化鎂表面改性的意義氫氧化鎂表面改性的意義張偉娜幾點(diǎn)睡啦、 氫氧化鎂表面含有大量的酸性親水基團(tuán)氫氧化鎂表面含有大量的酸性親水基團(tuán)-羥基羥基, 羥基羥基吸收大量的水分是造成吸收大量的水分是造成氫氧化鎂氫氧化鎂“ 團(tuán)聚團(tuán)聚” 的原因的原因，一些研究者，一些研究者通過(guò)對(duì)氫氧化鎂的結(jié)構(gòu)分析研究后認(rèn)通過(guò)對(duì)氫氧化鎂的結(jié)構(gòu)分析研究后認(rèn)為氫氧化鎂表面的氫與氫都處為氫氧化鎂表面的氫與氫都處“ 缺電子缺電子” 狀態(tài)而容易

2、形成氫鍵來(lái)增加體系的狀態(tài)而容易形成氫鍵來(lái)增加體系的穩(wěn)定性穩(wěn)定性，微觀上表現(xiàn)為氫氧化鎂分子之間的相互搭接微觀上表現(xiàn)為氫氧化鎂分子之間的相互搭接, ，宏觀上就表現(xiàn)為顆宏觀上就表現(xiàn)為顆粒之間的粒之間的“ 團(tuán)聚團(tuán)聚” 現(xiàn)象現(xiàn)象。 氫氧化鎂氫氧化鎂 起阻燃作用時(shí)所需添加量較大起阻燃作用時(shí)所需添加量較大 且其表面親水疏油、極性較大且其表面親水疏油、極性較大, 易易團(tuán)聚團(tuán)聚， 使其在高分子基體材料中的相容性和分散性較差使其在高分子基體材料中的相容性和分散性較差，直接導(dǎo)致制品的直接導(dǎo)致制品的力學(xué)性能嚴(yán)重惡化力學(xué)性能嚴(yán)重惡化 ，大大限制了大大限制了氫氧化鎂氫氧化鎂阻燃劑的使用范圍。為了提高氫阻燃劑的使用范圍。為

3、了提高氫氧化鎂粉體在高分子基體材料中的相容性和分散性氧化鎂粉體在高分子基體材料中的相容性和分散性，改善其表面親油性改善其表面親油性, 需需要進(jìn)行表面改性要進(jìn)行表面改性 ， 常用的表面改性劑主要有長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸及其鹽、不飽常用的表面改性劑主要有長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸及其鹽、不飽和脂肪酸、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑等。和脂肪酸、硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑和鋁酸酯偶聯(lián)劑等。2 2 氫氧化鎂的改性方法氫氧化鎂的改性方法 常用的表面改性劑主要包括：表面改性劑，有機(jī)磷酸酯，常用的表面改性劑主要包括：表面改性劑，有機(jī)磷酸酯，偶聯(lián)劑，高分子包覆劑偶聯(lián)劑，高分子包覆劑 表面化學(xué)改表面化學(xué)改性性表面表面改性方改

4、性方法法膠囊化膠囊化改性改性干法改性干法改性濕法改性濕法改性在線改性在線改性 目前普遍使表面化學(xué)改性是氫氧化鎂最常見(jiàn)的改性方法，包括目前普遍使表面化學(xué)改性是氫氧化鎂最常見(jiàn)的改性方法，包括干法改性、濕法改性和在線改性。干法改性工藝簡(jiǎn)單，但改性效干法改性、濕法改性和在線改性。干法改性工藝簡(jiǎn)單，但改性效果不理想果不理想; 濕法改性效果較好，但存在著改性劑隨水流失、成本濕法改性效果較好，但存在著改性劑隨水流失、成本上升的問(wèn)題上升的問(wèn)題; 在線改性在粉體制備過(guò)程中除了能有效控制其團(tuán)聚，在線改性在粉體制備過(guò)程中除了能有效控制其團(tuán)聚，還可以縮短工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本還可以縮短工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本。本文是用

5、硅烷偶聯(lián)劑乙烯。本文是用硅烷偶聯(lián)劑乙烯基三乙氧基硅烷（基三乙氧基硅烷（A-151）作為改性劑對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行濕法改性。）作為改性劑對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行濕法改性。3 3 硅烷偶聯(lián)劑濕法改性氫氧化鎂的步驟硅烷偶聯(lián)劑濕法改性氫氧化鎂的步驟氫氧化鎂粉末A-1120氫氧化鎂粉末氫氧化氫氧化鎂粉末鎂粉氫氧化鎂粉末氫氧化鎂粉末A-1120A-1120以乙醇為溶劑配置成以乙醇為溶劑配置成10wt%的溶液的溶液以乙醇為溶劑配置成10wt%的溶液以以95%乙醇為溶劑配乙醇為溶劑配置成置成10wt%的溶液的溶液放入四口放入四口燒瓶燒瓶在一定轉(zhuǎn)速下反在一定轉(zhuǎn)速下反應(yīng)應(yīng) 水洗過(guò)濾水洗過(guò)濾 干燥干燥索式抽提索式抽提干燥干燥張偉張

6、偉娜娜張偉娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、4 4 硅烷偶聯(lián)劑濕法改性氫氧化鎂的機(jī)理硅烷偶聯(lián)劑濕法改性氫氧化鎂的機(jī)理（1 1）水解水解（2 2） 縮合縮合基材SiRxxx+ 3H2O =SiROHOHOH + 3HxSiROHHOHOSiRHOHSiROHHOHOOOO張偉張偉娜娜張偉娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、3 形成氫鍵形成氫鍵4 形成共價(jià)鍵形成共價(jià)鍵基材基材SiROHOHOSiROHSiROHOHOOOHHOHSiROHSiRSiROHOOOOO5 5 A-151改性氫氧化鎂的研究改性氫氧化鎂的研究張偉張偉娜娜張偉娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、5.1 改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響 下圖是在下圖是在50，攪拌速

7、度，攪拌速度300r/min,加入硅烷偶聯(lián)劑加入硅烷偶聯(lián)劑的量為干氫氧化鎂質(zhì)量的的量為干氫氧化鎂質(zhì)量的5%，分別在，分別在1.5h、2h、2.5h、3h下制得的改性氫氧化鎂。下制得的改性氫氧化鎂。abcda、b、c、d分別是反應(yīng)分別是反應(yīng)1.5h、2h、2.5h、3h對(duì)水的接觸角對(duì)水的接觸角1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2556065707580859095100 contact angle/time/h張偉張偉娜娜張偉娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、5.2 改性氫氧化鎂的表征改性氫氧化鎂的表征（1） 紅外表征紅外表征 此圖是對(duì)在此圖是對(duì)在50，攪拌速度，攪拌速度300r/min

8、,KH-151加入量為干氫氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入量為干氫氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的條件下得到改性氫氧化鎂的紅外光譜圖。的條件下得到改性氫氧化鎂的紅外光譜圖。4000350030002500200015001000500wavenumbers/cm-110475781132ba3694cm-1是氫氧化鎂中是氫氧化鎂中的振動(dòng)吸收峰的振動(dòng)吸收峰1047和和578cm-1處的特征吸收處的特征吸收峰表明改性氫氧化鎂中存在峰表明改性氫氧化鎂中存在鏈狀鏈狀 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)在在1132cm-1處出現(xiàn)處出現(xiàn)SiSi-O-SiSi-O-的的特征吸收峰。特征吸收峰。鍵的特征吸收鍵的特征吸收峰鍵峰鍵 Si O SiOSi圖中圖中a為

9、未改性的氫氧化鎂，為未改性的氫氧化鎂，b為為KH-151改性氫氧化鎂改性氫氧化鎂Mg OH張偉張偉娜娜張偉娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、（2）掃描電鏡測(cè)試掃描電鏡測(cè)試d：改性氫氧化（50，硅烷加入量5%，2.5小時(shí)）b：未改性氫氧化鎂c：改性氫氧化鎂（50，硅烷加入量5%，2.5小時(shí)）a：未改性氫氧化鎂張偉張偉娜娜張偉娜張偉娜幾點(diǎn)睡啦、6 6 A-1120改性氫氧化鎂的研究改性氫氧化鎂的研究 分別以改性時(shí)間、改性劑加入量、改性溫度、攪拌速度為變量研究了分別以改性時(shí)間、改性劑加入量、改性溫度、攪拌速度為變量研究了A-1120改性氫氧化鎂的最優(yōu)條件。改性氫氧化鎂的最優(yōu)條件。6.1 改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響改性時(shí)

10、間對(duì)接觸角的影響 下圖是在下圖是在70，改性劑加入量為，改性劑加入量為5%,攪拌速度為攪拌速度為300r/min以改性時(shí)間為以改性時(shí)間為變量研究了改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響。變量研究了改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響。 由左圖可知隨著時(shí)間的由左圖可知隨著時(shí)間的增加，接觸角由小變大，增加，接觸角由小變大，在在2h時(shí)接觸角達(dá)到最大，時(shí)接觸角達(dá)到最大，然后隨著時(shí)間的增加接觸然后隨著時(shí)間的增加接觸角在減小，所以選擇了角在減小，所以選擇了2h作為改性時(shí)間。作為改性時(shí)間。1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.232343638404244 contact angle/time/h6.2 改性劑加入量

11、對(duì)接改性劑加入量對(duì)接觸角觸角的影響的影響 下圖是在下圖是在70，2h，300r/min的條件下以改性劑的條件下以改性劑加入量為變量研究了改性劑量對(duì)接觸角的影響。加入量為變量研究了改性劑量對(duì)接觸角的影響。5678910114244464850 contact angle/A-1120% 隨著改性劑的加入接觸隨著改性劑的加入接觸角在不斷增大，當(dāng)增加到角在不斷增大，當(dāng)增加到9%時(shí)達(dá)到最大，這時(shí)改時(shí)達(dá)到最大，這時(shí)改性劑的覆蓋量達(dá)到最大，性劑的覆蓋量達(dá)到最大，如果再加入改性劑有可能如果再加入改性劑有可能在表面形成物理吸附，可在表面形成物理吸附，可能會(huì)有一部分親水基朝向能會(huì)有一部分親水基朝向外親油性就會(huì)減

12、小，接觸外親油性就會(huì)減小，接觸角就會(huì)下降。所以選擇加角就會(huì)下降。所以選擇加入量為入量為9%。6.3 改性溫度對(duì)接觸角的影響改性溫度對(duì)接觸角的影響50556065707580363840424446485052 temperature/contact angle/ 下圖是在改性劑加入量為下圖是在改性劑加入量為9%，反應(yīng)，反應(yīng)2h，300r/min的條件下以溫度為變量研究的條件下以溫度為變量研究了溫度對(duì)接觸角的影響。了溫度對(duì)接觸角的影響。 由左邊的圖可知溫度低由左邊的圖可知溫度低時(shí)，接觸角也比較小，隨時(shí)，接觸角也比較小，隨著溫度的升高，改性劑水著溫度的升高，改性劑水解程度也越來(lái)越完全，所解程度也越

13、來(lái)越完全，所以和氫氧化鎂反應(yīng)的越來(lái)以和氫氧化鎂反應(yīng)的越來(lái)越多，在越多，在70時(shí)水解是最時(shí)水解是最多的，溫度過(guò)高時(shí)也不會(huì)多的，溫度過(guò)高時(shí)也不會(huì)使更多的改性劑水解，所使更多的改性劑水解，所以選擇溫度以選擇溫度70。 6.4 攪拌速度對(duì)接觸角的影響攪拌速度對(duì)接觸角的影響300400500600700373839404142 contact angle/stirring rate r/min 下圖是在下圖是在70，反應(yīng)，反應(yīng)2h，改性劑加入量為，改性劑加入量為9%的條的條件下以攪拌速度為變量研究了攪拌速度對(duì)接觸角的件下以攪拌速度為變量研究了攪拌速度對(duì)接觸角的影響。影響。 隨著攪拌速度的增加接隨著攪拌速

14、度的增加接觸角也在不斷增加，在觸角也在不斷增加，在600r/min時(shí)接觸角最大，時(shí)接觸角最大，攪拌速度再增加接觸角反攪拌速度再增加接觸角反而減小。所以攪拌速度選而減小。所以攪拌速度選擇擇600r/min。 6.5 A-1120改性氫氧化鎂的表征改性氫氧化鎂的表征（1）紅外表征）紅外表征4000350030002500200015001000500ab wavenumbers/cm-13690344029302850163014101040494 此圖是對(duì)在此圖是對(duì)在70，2h攪拌速度攪拌速度600r/min,A-1120加入量為干氫氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入量為干氫氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)9%的條件下得到改性氫

15、氧化鎂的紅外光譜圖。的條件下得到改性氫氧化鎂的紅外光譜圖。3690cm-1和和494、1410cm-1是是氫氧化鎂中氫氧化鎂中 和和 的振動(dòng)吸收峰；的振動(dòng)吸收峰；1040cm-1處的特征吸收峰表處的特征吸收峰表明改性氫氧化鎂中存在鏈狀明改性氫氧化鎂中存在鏈狀 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)在在2930和和2850cm-1處是處是的特征吸收峰。的特征吸收峰。M g OHMg OSi O SiCH2上圖中上圖中a為未改性的氫氧化鎂，為未改性的氫氧化鎂，b為為A-1120改性氫氧化鎂改性氫氧化鎂 （2）掃描電鏡）掃描電鏡a：未改性氫氧化鎂：未改性氫氧化鎂b：未改性氫氧化鎂：未改性氫氧化鎂c：A-1120改性氫氧化鎂改性氫

16、氧化鎂（70，加入量，加入量9%，2h，600r/min)d：A-1120改性氫氧化鎂改性氫氧化鎂（70，加入量，加入量9%，2h，600r/min)（3）熱重）熱重1002003004005006000.650.700.750.800.850.900.951.00 weight/%temperature/未改性氫氧化鎂A-1120改性氫氧化鎂下圖所示是改性氫氧化鎂的熱重分析。下圖所示是改性氫氧化鎂的熱重分析。 從圖中得出為改性氫氧從圖中得出為改性氫氧化鎂的分解溫度范圍為化鎂的分解溫度范圍為368到到413，分解了，分解了21.02%；而改性氫氧化；而改性氫氧化鎂的分解是從鎂的分解是從379到

17、到420，分解了，分解了20%比不比不改性的氫氧化鎂的分解溫改性的氫氧化鎂的分解溫度要高，這是里面的有機(jī)度要高，這是里面的有機(jī)物的碳化引起的。這證明物的碳化引起的。這證明氫氧化鎂和改性劑發(fā)生了氫氧化鎂和改性劑發(fā)生了反應(yīng)反應(yīng)。6 6 總結(jié)總結(jié)（1）用）用KH-151做改性劑時(shí)，研究了改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響，做改性劑時(shí)，研究了改性時(shí)間對(duì)接觸角的影響，在在2.5h時(shí)接觸角達(dá)到時(shí)接觸角達(dá)到96.7，達(dá)到了疏水親油的目的。，達(dá)到了疏水親油的目的。（2）用）用A-1120作為改性劑時(shí)，分別以改性時(shí)間、偶聯(lián)劑加入作為改性劑時(shí)，分別以改性時(shí)間、偶聯(lián)劑加入量、改性溫度、攪拌速度作為變量對(duì)最優(yōu)條件進(jìn)行研究，得量、改性溫度、攪拌速度作為變量