硅烷偶聯(lián)劑改性氫氧化鎂阻燃劑

硅烷偶聯(lián)劑改性氫氧化鎂阻燃劑氫氧化鎂阻燃劑具有抑煙、綠色和環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，但是由于其較低的阻燃效率，應(yīng)用在高分子基材中往往需要較大的填充量，又因?yàn)闅溲趸V作為無(wú)機(jī)粉體具有親水疏油，極性大的特點(diǎn)，不利于無(wú)機(jī)/有機(jī)材料的界面復(fù)合，較高的填充量會(huì)導(dǎo)致添加有氫氧化鎂的高分子復(fù)合材料力學(xué)性能大幅下降。為了改善氫氧化鎂與高分子基材之間無(wú)機(jī)/有機(jī)界面相容性的問(wèn)題，本章選用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（A-174）對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行干法改性，該種硅烷偶聯(lián)劑可以與醋酸乙烯、丙烯酸或甲基丙烯酸單體共聚，常用于電線電纜行業(yè)，在提高復(fù)合材料界面相容性的同時(shí)，還可以改善電纜料防靜電性能［47-48］。本章對(duì)影響干法工藝改性氫氧化鎂效果的因素，既改性劑用量、改性溫度、改性時(shí)間和攪拌速度進(jìn)行了研究。采用單因素實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)對(duì)改性粉體活化指數(shù)的測(cè)定，確定了硅烷偶聯(lián)劑A-174改性氫氧化鎂效果的最佳工藝條件，并通過(guò)SEM、熱重分析和紅外光譜等表征手段探討了硅烷偶聯(lián)劑A-174改性氫氧化鎂的改性機(jī)理及改性效果。1.1實(shí)驗(yàn)1.1.1試劑及儀器MagnifinH-5型氫氧化鎂（美國(guó)雅寶公司）3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（湖北武大有機(jī)硅新材料有限公司）鄰苯二甲酸二辛酯DOP（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司）FA2004型電子天平（上海上天精密儀器有限公司）Y100L2-4高速攪拌機(jī)（張家港錦豐萬(wàn)科機(jī)械廠）DJ-1定時(shí)電動(dòng)攪拌器（金壇市大地自動(dòng)化儀器廠）JSM-5610LV/INCA掃描電子顯微鏡（日本電子株式會(huì)社）STA449F3同步熱分析儀（德國(guó)耐馳）Nexus傅立葉變換紅外光譜儀（美國(guó)熱電-尼高力公司）1.1.2改性方法首先，將氫氧化鎂粉體放入干燥箱中，在120°C下干燥5小時(shí)以排除原料中吸附的水分，將干燥后的氫氧化鎂冷卻至室溫備用。稱取1kg已干燥的氫氧化鎂粉末加至高速攪拌機(jī)中，在1000rpm的攪拌速度下預(yù)熱至實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)溫度，當(dāng)溫度升至指定溫度時(shí)，提高高速攪拌機(jī)攪拌速度至某設(shè)定值，并使用醫(yī)用注射器向粉體中加入一定量硅烷偶聯(lián)劑A-174。在改性進(jìn)行一定時(shí)間后，停止加熱與攪拌，取出已改性粉體并冷卻至室溫。改性工藝流程如圖2.1,改性工藝條件如表2.1。圖2.1A-174干法改性氫氧化鎂工藝流程圖試樣編母改性劑用改性溫度/己改性時(shí)間，杭血攪拌說(shuō).度/ipm10.51物10300021.014010300031.51物10300042.0144)10300052.5144)1030002.55010300072.580103000S2.511C10300092.5170103000102.514003000112.5瑚53000122.51物153000132.5140203000142.51物101000152.5140101500162.5144)102000172.5140102500表2.1A-174干法改性氫氧化鎂的工藝條件2.2表征方法1.2.1活化指數(shù)取一200ml燒杯，加入100ml蒸餾水，稱取3g左右已改性氫氧化鎂粉末置于燒杯中，使用電動(dòng)攪拌器連續(xù)攪拌1min后靜置10min，收集漂浮于水面的剩余粉體，然后將其放置在烘箱中，于110°C下烘干4h，冷卻至室溫并稱重。由式（2-1）可計(jì)算出試樣的活化指數(shù)：A=m1m2X100%式（2-1）式中：A為樣品活化指數(shù)；m1為漂浮于水面的粉體質(zhì)量；m2為樣品總質(zhì)量。沒(méi)有經(jīng)過(guò)表面改性的氫氧化鎂裸粉會(huì)在蒸餾水中會(huì)自然沉降，活化指數(shù)為0%。經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑改性的氫氧化鎂表面具有疏水性，改性粉體會(huì)漂浮于水面，活化指數(shù)A>0%；當(dāng)氫氧化鎂粉體表面被偶聯(lián)劑完全包覆時(shí)，A=100%。因此，活化指數(shù)數(shù)值的變化可以在一定程度上直觀反映出表面化學(xué)改性的效果。1.2.2吸油率稱取1g左右改性后的氫氧化鎂粉體置于潔凈的表面皿上，用25ml滴定管緩慢向其滴加DOP,在滴加過(guò)程中使用玻璃棒不斷攪拌，直至粉體試樣全部混合成團(tuán)為止，記錄所消耗的DOP體積，由式（2-2）計(jì)算試樣的吸油率，單位為ml/100g。Q=VmX100式（2-2）式中：Q為試樣的吸油率；V為所消耗的DOP體積；m為樣品的質(zhì)量。未改性的氫氧化鎂由于具有較高的表面能，粉體之間通常會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，且分散度低，顆粒間空隙較大，對(duì)DOP的無(wú)效吸收比較嚴(yán)重。改性后的氫氧化鎂粉體團(tuán)聚現(xiàn)象緩解，堆積密度升高，吸油率會(huì)相對(duì)減小，降低了氫氧化鎂添加對(duì)高分子材料綜合性能的影響。因此吸油率是控制粉體改性質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。1.2.3掃描電子顯微鏡采用掃描電子顯微鏡可以觀察試樣的形貌、尺寸、粒徑分布以及顆粒分散性等性質(zhì)，具有可靠性和直觀性。本次試驗(yàn)中，使用真空干燥箱將待測(cè)粉體進(jìn)行干燥處理，再將干燥好的粉體經(jīng)超聲波分散后粘于導(dǎo)電膠上，進(jìn)行噴金處理后便可直接觀察粉體形貌尺寸。1.2.4熱重分析氫氧化鎂粉體經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑表面改性后，會(huì)表現(xiàn)出不同的熱分解行為，因?yàn)楸砻嬗袡C(jī)化程度的差異會(huì)導(dǎo)致無(wú)機(jī)粉體在受熱分解過(guò)程中分解行為的不同，所以，通過(guò)研究其熱重分析曲線，可以對(duì)粉體表面的有機(jī)化情況進(jìn)行分析。本次實(shí)驗(yàn)在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行，溫度范圍為30~1050r，升溫速率為5°C/m