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氢氧化镁因廉价易得、性能优良、环保可靠而在聚合物阻燃方面和水处理、烟气脱硫、重金属脱除等环保领域得到了广泛的开发和应用。氢氧化镁是一种阻燃、消烟功能俱佳的无机阻燃剂,随着环保要求的日益高涨和阻燃相关法规的实行,自20世纪末,氢氧化镁开始逐步取代卤系等有机阻燃剂而成为阻燃剂家族的重要成员。由于氢氧化镁的强极性限制了其阻燃应用,表面改性、与其他材料复合已成为扩展其应用的重要手段。本论文研究了制备氢氧化镁的工艺方法,在氢氧化镁的表面改性和复合阻燃剂制备及应用方面进行了有益的探索,探讨了氢氧化镁的形成机理。
利用氨水沉淀法,以氯化镁和海水为镁盐原料、氨水为沉淀剂,在不同温度、不同原料浓度、不同进料方式和进料速度下制备了片状氢氧化镁,通过对产物的形貌、沉降性能、氢氧化镁产率的表征和实际过滤操作经验,得到了合理的反应温度制度、原料浓度、反应方式和进料速度等一系列工艺参数,取得了一套常压下能够满足实验室制备氢氧化镁的工艺。同时探讨了片状交叉结构氢氧化镁的形成机理。
常压条件下,通过添加三种表面活性剂-聚乙二醇(PEG),十二烷基苯磺酸钠(SDBS),聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-对氢氧化镁进行表面改性,发现不同的表面活性剂对氢氧化镁的分散改性作用存在一定差别,聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠在较高温度下能发挥良好的分散改性作用,聚乙烯吡咯烷酮更适合在常温常压下用于氢氧化镁的表面改性,而聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠的复合使用对氢氧化镁的分散作用更强。在常温常压下,聚乙烯吡咯烷酮对氢氧化镁的形貌具有较大影响,能在较小使用范围内使氢氧化镁形貌发生较大改变,在适当范围内甚至可以使氢氧化镁形貌发生从片状到带状的根本性转变。改性后的片状氢氧化镁添加到聚乙烯辛烯共弹性体(POE)中,通过研究其对POE的阻燃性能和机械性能的表征,发现实验室自制的氢氧化镁与POE材料相容性好,比同类商品具有更好的阻燃性能,且对所添加材料的机械性能影响也较小。
常温常压下,以无定形二氧化硅亚微米球为模板,氯化镁为原料,聚乙二醇和十二烷基苯磺酸钠为复合表面改性剂,制备了核壳结构球形SiO2/Mg(OH)2复合阻燃剂,该复合阻燃剂分散性好、形貌可控、制备工艺简单易实现。作为POE材料添加剂使用后,通过表征发现SiO2/Mg(OH)2复合阻燃剂在所添加材料中分散性、界面相容性良好,除具有一定阻燃作用外,还能显著提高POE材料的撕裂强度和扯断伸长率。
在实验室条件下,还探讨了常压下采用沉淀法和超声化学法制备碱式碳酸镁工艺,制备和表征了不同形貌、可控生长的碱式碳酸镁,探讨了其生长机理。
相比前人的制备经验,本论文制备氢氧化镁和碱式碳酸镁的工艺方法更简单易行,适合实际加工采用。