水滑石阻燃剂热相变行为及其热力学分析
LDHs的改性及其在阻燃材料中的研究与应用进展
不 同功能 的新 材料 。所 以通过 离子 交换 引入不 同的阻 燃 元 素来 改性 水滑石 ，可 以组 装得 到性 能优 良的水 滑 石阻 燃 材 料 。 有 两 篇 专 利 报 道 ｊ ，利 用 水 滑 石 层 间离 子 的可交 换性 ，制备 了硼 酸根插 层 水滑石 ，并 将 其与 Ｐ Ｅ、Ｐ Ｃ、Ｐ 、Ｅ Ａ等 材 料 复 合 ，发 现 具 有 很 Ｖ Ｐ Ｖ 好 的抑 烟性 能 和 阻 燃 性 能 。这 种 制 备 方 法 简单 ，但 ｐ Ｈ值 对其有 很 大 的影 响 ；而且 产 物 需 要用 大 量 水 洗 涤 ，不节 能 ；反 应 时 间较 长 ，而 且 离 子 交 换 不 够 完 全 。专 利 ［ ］通 过共 沉 淀法 将 磷 酸 根引 入 到水 滑 石 ９ 层 问 ，制备 出一种绿 色 环保 型 阻燃 剂 。Ｙ ｅ等 ¨。 备 。制 出 Ｍｇ １ Ｏ 型水 滑石 并 将 其 应用 于醋 酸 乙烯 共 聚 物 Ａ。 Ｐ （ Ｖ ，发现磷 酸 根 能 够 增 强 材 料 的热 稳 定 性 并 且 Ｅ Ａ） 比普 通 的 Ｍｇ １ Ｏ 型 水 滑 石有 更 好 的阻 燃 性 能 。张 Ａ‘ Ｃ 延 武 等 采 用将 白磷 插 入 水 滑 石层 问 ，然 后 再 使 其
子 、同多 或Байду номын сангаас 多 阴离 子交 换或 插层 ，从 而得 到一 系列
称 为层 状 双氢 氧化 物 或 层 状 双 羟 基 复合 金 属 氧 化 物 （ Ｄ ｓ ¨ 。Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ ） Ｄ ｓ属 于 阴离 子 型 层 状 化 合 物 ，其 通 式 为 ［ （ Ｈ） Ｍ ：Ｍ Ｏ ］ （ ｔ ・ ０，式 中 Ａｘ ） ｍ Ｈ： ／ ｔ
镁铝水滑石阻燃剂表面改性及其机理
樊慧庆等：掺杂三氧化二锑的钛酸铋钠钾陶瓷的显微结构和电学性能· 103 ·第41卷第4期DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.04.00 镁铝水滑石阻燃剂表面改性及其机理徐圣，曾虹燕，赵策，廖梦尘，杨永杰，张伟，陶静，肖华淼(湘潭大学化工学院，湖南湘潭 411105)摘要：采用三聚磷酸钠(STPP)对镁铝水滑石(MAH)进行表面改性。
X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱、热重–差热、红外光谱比表积测试和粒度分析对改性前后的镁铝水滑石进行表征，考察了改性前后镁铝水滑石的吸油性能和润湿性能。
结果表明：三聚磷酸根(5310P O−)包覆于镁铝水滑石粒子表面，改性后的镁铝水滑石粒子表面疏水性增强，分散性明显提高。
将改性前后镁铝水滑石样品与聚丙烯(PP)混合固化，测试其复合材料(MAH/PP、SMAH/PP)阻燃性和力学性能，发现相对于MAH/PP，SMAH/PP复合材料力学性能有所提高，阻燃性能也得以改善。
关键词：镁铝水滑石；阻燃剂；改性；三聚磷酸钠；聚丙烯中图分类号：TQ132.2，TQ326.9 文献标志号：A 文章编号：0454–5648(2013)04–网络出版时间：网络出版地址：Surface Modification of the Mg–Al Hydrotalcite Flame-retardantXU Sheng，ZENG Hongyan，ZHAO Ce，LIAO Mengchen，YANG Yongjie，ZHANG Wei，TAO Jing，XIAO Huamiao (School of Chemical Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, Hunan, China)Abstract: The surface modification of Mg–Al hydrytalcite particle (MAH) by sodium tripolyphosphate (STPP) was carried out. The unmodified and modified MAHs(MAH and SMAH, respectively) were characterized by X-ray diffraction, scanning electron micros-copy, energy dispersive spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric-derivative thermogravimetric analysis, specific surface area measurement and particle size analysis, respectively. The oil absorption and wettability of the particleswere investigated. The results show that the surface of the MAH is coated by5310P O−in the modification process. The hydrophobic property of the SMAH particles was strengthened, and the congeries dispersibility was improved. The composites (MAH/PP, SMAH/PP) were obtained by mixing MAH and SMAH into Polypropylene (PP), respectively. The flame retardancy and mechanical properties of the composites were analyzed. Compared to the MAH/PP sample, the mechanical properties of the SMAH/PP composite was in-creased, and the flame retardancy was enhanced.Key words: Mg–Al hydrotalcite; flame retardant; modification; sodium tripolyphosphate; polypropylene低烟无卤阻燃材料可以避免含卤阻燃材料燃烧时所带来的二次污染，是阻燃材料的发展趋势。
2018年度湖南省大学生研究性学习和创新
经本人申请、学院推荐、学校评审，同意推荐《乡村振兴战略背 景下古村落保护与发展对策研究—以湖南省会同县为例》等 53 项项 目申报 2018 年湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划省级项 目。现将推荐结果公示如下：
项目负责人 序号 学院 项目名称 姓名
中远红外陶瓷粉与 PVDF 复合材 邝俊华 料的制备及其辐射性能的研究 胡婧
45
AC-HVAF 制备 FeB-YxFeNiCoCr 材料科学与工程学院 金属陶瓷涂层及其耐熔融锌腐 蚀性能的研究 兴湘学院 兴湘学院 兴湘学院 兴湘学院 基于机器视觉的家人安全预警 系统 湖南省法官员额制运行一周年 的实证研究 膨胀阴离子水滑石高效阻燃剂 及其阻燃性能 智能教室管理系统开发
贾茜霖
2016710935
19
邹颖杰
2016551623
20 21 22 23
信息工程学院 信息工程学院 信息工程学院 信息工程学院
袁新宇 蒋萌 肖萱 鲁尚军
2016550721 201705551422 201705550926 2016550323
24
化学学院
杨倩玉
2016601005
25 26 27 28
贺景婧 胡静清 贺心麒 刘正吾
2016963933 2016962910 201705961706 201705960218
对此名单有异议的单位和个人，请在 2018 年 5 月 3 日下午 5 点 前以书面形式并具实名将意见反映至校纪委或教务处教研科。电话： 58298658，58292043。邮箱：jyk@。
湘潭大学 2018 年 4 月 26 日
2016720527
水滑石的合成 改性及其在功能复合材料中的应用
水滑石在功能复合材料中的应用
水滑石在功能复合材料中具有广泛的应用，如催化剂载体、电极材料、药物载 体和环保材料等。作为催化剂载体，水滑石可以提供高效的催化性能和良好的 热稳定性；作为电极材料，水滑石具有较高的电化学活性和良好的化学稳定性； 作为药物载体，水滑石能够实现药物的定向输送和可控释放；作为环保材料， 水滑石可用于重金属离子的吸附和回收。
在功能复合材料的制备过程中，需要综合考虑水滑石与基体材料的相容性、复 合材料的结构与性能以及应用环境等因素。通常采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、 热压法等工艺来制备水滑石基功能复合材料。
溶胶-凝胶法可以实现水滑石在基体材料中的均匀分散，但由于制备过程中需 要高温烧结，因此可能影响水滑石的晶体结构和化学性质。共沉淀法可以有效 地控制水滑石的晶体结构和形貌，但其制备过程中可能引入杂质，影响复合材 料的性能。热压法可以制备具有优良结构性能的复合材料，但需要严格控制热 压条件和烧结温度，以避免水滑石晶体的分解和性能的损失。
结论
本次演示对水滑石的合成、改性及其在功能复合材料中的应用进行了详细探讨。 水滑石作为一种具有重要应用前景的功能材料，其合成方法、改性技术和在功 能复合材料中的应用领域均具有重要研究价值。
目前，对于水滑石的合成与改性已经取得了一定的研究成果，但在实际应用中 仍存在一定的挑战。例如，合成过程中金属离子配比的优化、合成条件的控制 以及改性方法的筛选等方面仍需进一步研究和改进。此外，水滑石在功能复合 材料中的应用也需要结合具体应用场景进行优化设计和制备，以更好地发挥其 独特性能和拓展其应用范围。
参考内容二
一、引言
镁铝型水滑石是一种重要的层状材料，因其具有优良的物理化学性能，如高稳 定性、高催化活性、高离子交换能力等，而被广泛应用于催化剂、离子交换剂、 药物载体等领域。水热合成法是一种在高温高压条件下，通过控制反应条件， 制备具有特定结构和性能的材料的方法。本次演示将探讨镁铝型水滑石的水热 合成方法及其应用。
水滑石——精选推荐
水滑石的制备及应用研究摘要：水滑石及类水滑石化合物具有特殊的层状结构及物理化学性质，具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，在吸附、催化领域中占有重要位置。
综述了水滑石的结构、合成方法和应用。
自然界存在的水滑石是镁、铝的羟基碳酸化物，后来人们合成了各种类型的类水滑石化合物(hydrotalcite-like compounds，简称HTLcs)，是水滑石中的Mg2+，Al3+，被其他同价离子同晶取代后的化合物，它在结构上与水滑石相同。
由于HTLcs具有离子交换性，又具有孔径可调变的择形吸附的催化性能，近年来越来越受人们重视。
近年来，对于层状双金属氢氧化物(Layerdouble hydroxides简称LDHs)的研究已成为材料科学领域的热点，水滑石及类水滑石化合物因具有特殊的层状结构及物理化学性质，在吸附、催化领域中占有重要位置，对它研究也越来越多。
1 结构水滑石分子组成是Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，它是一种阴离子型层状化合物。
水滑石中的Mg2+、A13+被M2+、M3+同晶取代得到结构相似的一类化合物，称为类水滑石，分子通式：M2+1-XM3+X(OH)2(An-)X/n·yH2O，其中M2+=Mg2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Cu2+等；M3+=Al3+、Cr3+、Fe3+、Sc3+等；An-为在碱性溶液中可稳定存在的阴离子，如：C032—、NO3—、Cl—、OH—、S042—等；x=0.2～0.33，y=0～6。
不同的M2+和M3+，不同的填隙阴离子A—，便可形成不同的类水滑石。
其结构非常类似于水镁石Mg(OH)2，由MgO6八面体共用棱形成单元层，位于层上Mg2+、Al3+、OH—层带有正电荷。
层间有的Mg2+可在一定范围内被A13+同晶取代，使交换的阴离子CO32-与层板上的正电荷平衡，使得这一结构呈电中性。
此外，在氢氧化物层中同时存在着一些水分子，这些水分子可以在不破坏层状结构的条件下去除。
水滑石——精选推荐
水滑石天然的水滑石[Mg6Al2(OH)16CO34H2O]在俄罗斯的乌拉尔和挪威的Snarum有少量的沉积。
1966年，日本协和化学工业株式会社在世界上首次成功地合成了水滑石。
第一个发现了水滑石作为抗酸剂在医药工业中的用途。
因具有特殊的层状结构及物理化学性质,在吸附、石化塑料稳定剂、催化领域中占有重要位置,使该种产品在世界各地销售。
我们海都化工独家代理日本DHT-4A合成的水滑石化合物。
水滑石的性能：（1）DHT-4A是一种合成的水滑石化合物，近来被进一步应用在塑料加工领域中，如聚烯烃生产的一种稳定剂（卤素净化剂）。
水滑石是无毒的热稳定材料。
还可以作为聚氯乙烯（PVC）高效、无毒、价廉的热稳定剂。
它可以有效地吸收PVC在加工和使用过程中分解产生的HCl，提高PVC的加工条件和热稳定性。
可与有机锡或铅锌共同作为热稳定剂，或与其他助剂共同使用，进一步提高PVC 的热稳定性。
DHT-4A本身无毒，可大范围代替铅盐和其他金属类稳定剂，且可用于食品包装PVC中。
（2）铝镁水滑石是高效、无毒、低烟、高性价比的优良的环保型阻燃剂。
水滑石兼有氢氧化镁和氢氧化铝类似的结构和组成，受热分解时释放出大量的水和二氧化碳，并吸收大量的热，能降低燃烧体系的温度；分解释放出的水蒸汽和二氧化碳气体能稀释和阻隔可燃性气体；热分解生成的镁铝氧化物与高分子材料燃烧时形成的炭化物，在材料表面形成保护膜，从而阻隔了氧的进一步侵入，也起阻燃效果。
水滑石粒子分解后的固体产物具有很大的比表面积及很强的碱性，能及时吸收材料热分解时释放的酸性气体和烟雾并转变成相应的化合物，从而起到抑烟和消烟的作用。
因此水滑石是很有希望的对环境友好的消烟型无毒无卤阻燃剂新品种。
其阻燃性能明显优于氢氧化铝和氢氧化镁，而且兼具两者的优点。
（3）水滑石与其它制剂混用，除了可改善高分子材料的耐热性外，还可以改善它们的其它性能。
如机械强度、抗老化温度、制品表面亮度、绝缘性能、抗静电性能、抗紫外线性能等。
水滑石类功能材料的特性分析及其阻燃应用
第39卷第12期2020年12月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.39㊀No.12December,2020水滑石类功能材料的特性分析及其阻燃应用邹㊀瑜(福建省建筑科学研究院有限责任公司,福建省绿色建筑技术重点实验室,福州㊀350000)摘要:水滑石类化合物(LDHs)是一类具有特殊结构与功能的新型层状材料㊂介绍了LDHs 的化学组成㊁结构和性质,对典型LDHs(Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)热分解行为和阻燃机理进行了分析㊂最后从主体层板调控㊁功能性客体插层㊁协同效应三个方面对LDHs 在阻燃领域的应用进行了综述㊂关键词:水滑石类化合物;化学组成;结构;性质;阻燃机理;阻燃应用中图分类号:TQ13;TQ314.24㊀㊀文献标识码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2020)12-4034-09Characteristic Analysis of Layered Double Hydroxides Functional Materials and Its Flame Retardant ApplicationZOU Yu(Fujian Provincial Key Laboratory of Green Building Technology,Fujian Academy of Building Research Co.,Ltd.,Fuzhou 350000,China)Abstract :Hydrotalcite-like compounds,also known as layered double hydroxides (LDHs),are a new type of layered materials with special structure and function.Chemical composition,structure and properties of LDHs were introduced,and the thermal decomposition behavior and flame retardant mechanism of typical LDHs (Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)were analyzed.Finally,the application of LDHs in the field of flame retardant was reviewed from the three aspects of main layer regulation,functional guest intercalation,and synergistic effects.Key words :LDHs;chemical component;structure;property;flame retardant mechanism;flame retardant application作者简介:邹㊀瑜(1989 ),男,工程师㊂主要从事建筑防火与阻燃的研究㊂E-mail:maxmous@0㊀引㊀言水滑石类化合物是一类具有特殊结构与功能的新型层状材料[1],包括水滑石(Hydrotalcite,HT)和类水滑石(Hydrotalcite-Like Compound,HTLC),又称为层状双羟基复合金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs),LDHs 最突出的特点是具有主体层板结构和层间离子的可交换性,利用这一特性可实现层板金属离子调变和功能性客体插层引入层间空隙,从而形成一系列新型超分子复合功能材料㊂天然LDHs 最早于1842年在瑞典矿层被发现,由于产量极其稀少,人们开始对其人工合成方法进行研究㊂1942年,Feitknecht 等[2]首次通过共沉淀方法人工合成出了LDHs,并设想其为双层结构模型㊂1969年,Allmann 等[3]通过测定单晶结构,首次确定了LDHs 的层状结构㊂LDHs 独特的结构和性质使其在催化剂㊁离子吸附材料㊁阻燃材料等方面逐步得到应用和发展㊂相较于传统卤系阻燃剂,LDHs 作为一种新型无机无卤阻燃材料,稳定性好且绿色环保,使用过程中不释放有毒气体,同时兼具阻燃㊁抑烟㊁填充等功能,还可根据其独特的结构和性质从分子水平进行调控,因而极具开发潜力㊂本文就LDHs 的化学组成,结构和性质进行描述,对典型的LDHs(Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)进行热分解行为的分析,对其作为阻燃剂的阻燃机理进行阐述,并从主体层板调控㊁功能性客体插层和协同效应三个方面综述LDHs 在阻燃领域的应用进展㊂第12期邹㊀瑜:水滑石类功能材料的特性分析及其阻燃应用4035㊀1㊀LDHs 的化学组成㊁结构和性质1.1㊀LDHs 的化学组成LDHs 主体成分一般由两种金属氢氧化物组成,典型LDHs 的化学组成在1915年才被报道,即化合物Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O㊂随着后续研究的深入,人们提出了其化学组成通式:[M 2+1-x M 3+x (OH)2]x +(A n -)x/n ㊃m H 2O,其中M 2+代表二价金属阳离子,M 3+代表三价金属阳离子,M 2+可部分被离子半径相近的M 3+同晶取代,从而使其层结构发生改变,主体层板带正电荷;A n -是层间阴离子,如CO 2-3㊁NO -3㊁Cl -杂多阴离子等,层间阴离子与主体层板正电荷相平衡,使LDHs 整体呈电中性;x 是M 3+与(M 2++M 3+)的摩尔比,通常在0.20~0.33之间[4-5],m 为层间水分子个数㊂研究表明,只要二价金属阳离子M 2+㊁三价金属阳离子M 3+的离子半径与Mg 2+(0.065nm)相差不大就能形成LDHs㊂能形成LDHs 的常见二价金属阳离子有Mg 2+㊁Zn 2+㊁Ni 2+㊁Cu 2+㊁Co 2+㊁Ca 2+等,三价阳离子有Al 3+㊁Cr 3+㊁Mn 3+㊁Fe 3+等㊂通常M 2+与M 3+的比例可以在一定范围内进行调控,从而得到不同组成的LDHs㊂Rives [6]详细研究了能形成LDHs 的部分M 2+和M 3+的有效组合㊂随着研究的深入,LDHs 制备技术突飞猛进,主体层板金属离子不再局限于2种,金属离子化合价也不再局限于二价和三价,三元甚至四元LDHs 也不断被合成出来[7-9]㊂Velu 等[10-11]报道的四价金属离子Sn 4+和Zr 4+能进入主体层板,可形成单相MgAlSn(Zr)-LDHs㊂LDHs 主体层板与层间客体阴离子的相互作用力主要有共价键㊁静电作用㊁氢键及范德华力等,这也是客体插层的主要驱动力㊂现有的研究表明[12-16],几乎任何类型阴离子都可通过相互作用力插层进入LDHs层间,比如简单的无机阴离子CO 2-3㊁NO -3㊁OH -㊁Cl -等,有机阴离子SO 2-4㊁PO 3-4㊁十二烷基硫酸根㊁C 6H 4(COO)2-2等,以及各种聚合物㊁配合物,甚至生物活性分子㊂阴离子的电荷密度㊁价态㊁数量及与主体层板相互作用力大小决定了其在LDHs 层间的空间排布,而不同排列方式最终影响LDHs 的结构和性质㊂1.2㊀LDHs的结构分析图1㊀LDHs 的结构示意图Fig.1㊀Schematic diagram of the structure of LDHs LDHs 属于层状化合物,由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过有序组装而成㊂它的结构类似于水镁石Mg(OH)2,主体层板金属M(M 表示金属)离子位于正八面体中心,并与位于正八面体6个顶点上的OH -以配位键结合,由MO 6八面体共用棱边进而扩展形成单元层,层与层间通过氢键和静电作用力相缔合,水以结晶水形式存在层间[17]㊂LDHs 的结构示意图如图1所示㊂利用扫描电子显微镜(SEM)对LDHs 进行表面形貌结构分析,直接观察其形貌尺寸和分布情况㊂图2是典型的LDHs(Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)的SEM 照片㊂从图中可以看出LDHs 样品呈现非常明显的叶片层状形貌㊂运用X 射线衍射(XRD)分析可以更深入全面地获得LDHs 的结构信息,如晶相结构㊁晶胞参数㊁组织形态以及晶粒尺寸等[18]㊂笔者对不同镁铝摩尔比(Mg /Al =2㊁3㊁4)的LDHs 样品进行了XRD 表征,2θ=5ʎ~70ʎ,结果如图3所示㊂由图3可以看出,不同镁铝摩尔比的LDHs 样品均具有典型的水滑石特征衍射峰,即(003)㊁(006)㊁(009)㊁(015)㊁(018)㊁(110)和(113)晶面衍射峰位置和强度与标准镁铝水滑石(PDF 14-0191)XRD 特征峰吻合,由此可证明调变金属阳离子比例能够得到晶相结构完整㊁结晶度高的LDHs㊂同时通过调变金属阳离子种类仍可以得到较好的LDHs 样品㊂图4为不同二价金属阳离子系列水滑石的XRD 谱,可知除了CuAl-LDHs,其他ZnAl-LDHs㊁NiAl-LDHs㊁CoAl-LDHs㊁MgAl-LDHs 样品均具有非常明显的水滑石特征衍射峰,由于Cu 2+的d 轨道不对称,所构成的八面体具有姜-泰勒效应[19-20],易形成氧化铜,在合成CuAl-LDHs 过程中更易生成八面体复合盐,而不是水滑石层板结构㊂4036㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷图2㊀典型的LDHs(Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)的SEM 照片Fig.2㊀SEM images of typical LDHs (Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)图3㊀不同Mg /Al 摩尔比水滑石XRD 谱Fig.3㊀XRD patterns of LDHs with different Mg /Al molarratios 图4㊀不同二价金属阳离子系列水滑石XRD 谱Fig.4㊀XRD patterns of LDHs with different divalent metal cation series1.3㊀LDHs 的性质LDHs 的化学组成和独特的层状结构赋予其多种性质,如碱性㊁层板和层间离子的可调控性㊁热稳定性㊁记忆效应和阻燃性能等㊂LDHs 的碱性强弱与主体层板中二价金属阳离子碱性强弱相一致㊂一般LDHs 的比表面积较小,其表观碱性相对较弱,但经一定温度的焙烧后则表现出较强的碱性[21-22]㊂比如MgAl-LDHs 经过500ħ焙烧后产物Mg(Al)O 碱性分布类似于MgO,含有O -2提供的强碱性位㊁Mg-O 离子对提供的中强碱性位和OH -提供的弱碱性位㊂LDHs 的化学组成和结构特点决定其具有独特的层板阳离子可调控性及层间阴离子可交换性㊂新的层板金属离子组合和层间阴离子的引入,能够得到不同性能的LDHs,从而实现新型功能材料的开发,具有巨大的应用价值㊂目前LDHs 在催化剂[23-24]㊁离子交换与水处理[25-26]㊁复合材料[27]㊁活性分子存储[28-29]㊁阻燃材料[30-32]㊁拓扑化学制备[33-34]等诸多方面得到了应用㊂LDHs 的热稳定性与其层状结构具有密切联系,在热处理下LDHs 将经历物理吸附水脱除㊁层间结晶水脱除㊁层间阴离子的热分解和层板羟基脱除等过程[35]㊂一般说来,在温度不超过600ħ时,LDHs 的有序层状结构并未完全被破坏,将生成双金属复合氧化物(LDO),而此时把LDO 加入到含有某种阴离子的溶液介质中,其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的LDHs [36],此性质即为LDHs 的记忆效应㊂利用这一效应,可将LDHs 应用于离子交换㊁水处理和吸附等领域[37]㊂值得注意的是,当LDHs 热处理温度超过600ħ后,层状结构坍塌,待层板羟基完全脱除后将形成尖晶石相结构,此时LDHs 记忆效应消失,无法恢复成原来的层状结构㊂LDHs 具有阻燃性能㊂LDHs 分解温度范围(200~800ħ)较大,在受热时将吸收大量的热,能降低体系温度,同时其结构组成中含有的层间结晶水和层板羟基及层间阴离子将以水蒸气和CO 2等气体的形式脱第12期邹㊀瑜:水滑石类功能材料的特性分析及其阻燃应用4037㊀出,起到稀释燃烧气体浓度㊁稀释助燃物O 2浓度的作用㊂LDHs 的层间结晶水㊁层板羟基以及层间阴离子在不同的温度段内脱离层板,从而可在非常宽的范围内释放阻燃物质㊂同时LDHs 在阻燃过程中,由于吸热量大能降低燃烧中心温度,其分解后产物能够吸收酸性烟气,不流出有毒物质,因此可作为无卤高抑烟阻燃剂,广泛应用于橡胶㊁塑料㊁涂料等材料[38]㊂LDHs 在阻燃领域的应用将在后文详细阐述,此处不再赘述㊂2㊀LDHs 热分解和阻燃机理分析2.1㊀热分解分析图5㊀典型的LDHs(Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)的TG-DTA 曲线Fig.5㊀TG-DTA curves of typical LDHs (Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)为探究LDHs 的阻燃机理,使用热重差热法(TG-DTA)对LDHs 的热分解过程进行分析㊂大量实验表明[35,39-42],LDHs 的热分解主要包括两个过程:(1)在室温~250ħ阶段主要是样品晶粒物理吸附水和层间结晶水的脱除;(2)高于250ħ的阶段是层间阴离子的热分解和层板羟基脱除㊂图5是典型的LDHs(Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O)的TG-DTA 曲线㊂由图可见,DTA 曲线上有两个明显的吸热峰,对应的TG 曲线显示有两个明显的失重台阶,表明该水滑石样品热分解过程中存在两个阶段㊂第一阶段:吸热峰在200~250ħ范围内,最大失重峰温为220ħ,这个阶段对应的是吸附水和层间结晶水的脱除,此时仍保持层状结构,样品质量损失约13%,发生如式(1)所示化学变化㊂Mg 6Al 2(OH)16CO 3㊃4H 2O ңMg 6Al 2(OH)16CO 3+4H 2Oʏ(1)㊀㊀第二阶段:吸热峰在400~450ħ范围内,最大失重峰温为416ħ,这个阶段对应的是层间阴离子的热分解和层板上OH -的脱除,标志着水滑石层状结构被破坏,此阶段质量损失约为32%㊂温度超过600ħ之后,DTA 曲线没有明显的吸热峰,TG 曲线表示仅有少量质量损失,此时层板上仅剩余OH -持续脱除,超过700ħ后,质量不再变化,此时层状结构完全破坏,形成固熔体[43]㊂这个阶段化学变化如式(2)所示㊂Mg 6Al 2(OH)16CO 3ң6MgO +Al 2O 3+CO 2ʏ+8H 2Oʏ(2)㊀㊀运用TG-DTA 可以对LDHs 的热分解机理函数进行分析,通常选用非等温法来进行[44]㊂由于LDHs 的热分解属于A (s)ңB (s)+C (g)类型的反应,线性升温条件下,常用的热分解动力学方程有微分式和积分式,分别如式(3)㊁式(4)所示㊂d αd T =A βexp -E RT ()f (α)(3)g (α)=ʏA βexp -E RT ()d T (4)式中:f (α)和g (α)是热分解动力学机理函数;α是温度T 时的热分解百分数;β是线性升温速率,ħ/min;A 为指前因子,s -1;T 为温度,K;E 为活化能,J /mol;R 为理想气体常数,J /(mol㊃K)㊂谢鲜梅等[45]利用TG-DTG 详细研究了镁铝摩尔比为3时LDHs 的热分解行为,并应用微分法(Achar 法)和积分法(Sativa-Sestak 法)分别求出其热分解机理函数㊂研究表明,镁铝类水滑石两个热分解过程中的最可几机理函数所对应的积分机理函数均为:g (α)=(1-α)-1-1(5)第一阶段热分解表观活化能E 1为46.99~48.66kJ /mol,ln A 1为12.73~13.60;第二阶段热分解表观活化能E 2为141.00~144.02kJ /mol,ln A 2为14.50~19.43㊂2.2㊀阻燃机理分析LDHs 因其独特的层板结构和组成离子的可调控性,在阻燃材料领域兼有传统氢氧化镁和氢氧化铝的4038㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷优点,又能扬长避短克服它们各自的不足,同时具有阻燃㊁抑烟㊁填充多种功能[46]㊂阻燃剂主要是在材料燃烧过程中阻止或减缓燃烧的进行,不同阻燃剂其阻燃机理不一㊂大量研究证明[47-49],LDHs在材料燃烧过程中会通过一系列物理化学变化起到明显的阻燃效果,可分别从冷却㊁隔离㊁窒息和化学抑制四个方面来分析其阻燃机理㊂LDHs受热后,在其第一阶段热分解过程中会释放出大量的吸附水和层间结晶水,第二阶段热分解过程则伴随着持续的层板羟基和层间阴离子的脱除,这两个阶段都会吸收大量的热量,从而降低燃烧物周围温度,减缓其热分解速率,降低燃烧速度㊂受热产生的大量水蒸气和二氧化碳气体在吸收热量的同时,也能稀释燃烧区域可燃气体和氧气的浓度,从而减慢或阻止燃烧的进行㊂随着LDHs层板羟基和层间阴离子的脱除,层状结构遭到破坏,晶相结构发生变化,形成由层板阳离子金属组成的固熔体物质,牢牢吸附在燃烧物表面隔离空气中的氧气,阻止燃烧的进行㊂LDHs具有较大的比表面积,在受热分解过程中形成具有高分散强碱性的Mg(Al)O等活性位点,同时对材料燃烧过程中产生的酸性气体起到极强的吸附作用,从而起到抑烟的作用,并且对燃烧过程中自由基的吸附和阻断也能起到一定作用㊂3㊀LDHs在阻燃领域的应用人类的生活离不开各种有机材料,但大多数有机材料可燃,易燃,为减少其带来的火灾威胁,必须添加阻燃剂以提高材料的阻燃性能㊂目前使用最广的阻燃剂是卤系阻燃剂,但其弊端明显,作用时易产生大量烟雾及有毒有害气体,易造成 二次灾害 ,不符合现代安全环保理念㊂因此,开发高效㊁无毒㊁无卤㊁少烟的新型阻燃剂将是未来阻燃剂的发展方向㊂LDHs安全,无毒,不产生有毒有害气体,具有优良的阻燃和抑烟性能,是一种很有前景的阻燃剂㊂相较于传统的Mg(OH)2和Al(OH)3阻燃剂,LDHs更具优势㊂任庆利等[50]比较了MgAl-LDHs㊁Mg(OH)2和Al(OH)3分别作为阻燃剂填充PE/EVA聚合物(聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物)体系的阻燃性能,结果表明MgAl-LDHs无论是低填充还是高填充,其阻燃性能均明显优于Mg(OH)2和Al(OH)3,且填充量越高,聚合物氧指数增加越明显㊂有报道[51-54]指出,纳米尺寸的LDHs可以显著改善材料的阻燃性能㊂Costa等[52]研究称添加少量纳米LDHs即可改善LDPE(低密度聚乙烯)的热稳定性,提高其热分解起始温度㊂Gu等[54]采用共沉淀法制备了纳米MgAl-LDHs,并用于胶合板的阻燃性能研究㊂与对照试样相比,7%(质量分数)的纳米MgAl-LDHs添加量即可使样品热释放速率减少6.8%,有效燃烧热减少7.48%,总热释放量减少9.97%,CO2生成量减少4.62%,CO生成量减少44%㊂同时采用纳米MgAl-LDHs作阻燃剂,并不影响胶合板其他物理和机械性能㊂3.1㊀主体层板的调控利用LDHs主体层板阳离子可调控性,可将部分高效阻燃元素(如Cu㊁Ni㊁Zn㊁Co㊁Fe㊁Mo等)引入LDHs 主体层板以提升效果其阻燃性能㊂Zhao等[55]制备了MgAl-LDHs㊁NiAl-LDHs和CuAl-LDHs,并作为EPDM(三元乙丙橡胶)的阻燃添加物,研究结果显示,CuAl-LDHs对EPDM的热稳定性能提升效果最佳,10%(质量分数)的添加量即可提高材料53%的垂直燃烧时间,磨损量减少45%,同时EPDM的抗拉强度没有明显改变㊂Shi等[56]采用成核/晶化隔离法制备了MgAl-CO3-LDHs和ZnMgAl-CO3-LDHs,并考察两种LDHs阻燃剂在EVA-28(乙烯-醋酸乙烯共聚物)中的阻燃和抑烟性能㊂研究发现,ZnMgAl-CO3-LDHs中Zn2+的引入,能够降低LDHs主体层板和插层客体间的作用力,在阻燃作用时能更早失去羟基和层间碳酸根离子,增强阻燃性能,同时形成的ZnO产物能抑制烟气产生㊂与纯EVA-28相比,MgAl-CO3-LDHs/EVA-28的LOI值(极限氧指数)从21.4%提升至34.1%,Dm值(最大烟密度)从185降至123,ZnMgAl-CO3-LDHs/EVA-28的LOI 值从21.4%提升至40.2%,Dm值从185降至75.6㊂Han等[57]将ZnAl-LDHs作为阻燃剂与PS(聚苯乙烯)形成纳米复合材料,研究表明,复合材料热释放速率和烟气生成速率均有降低㊂Jiao等[58]制备了MgAlFe-CO3-LDHs材料,并应用于EVA样品的阻燃,结果显示Fe3+的引入将极大地降低材料热释放速率,提升LOI值,EVA样品垂直燃烧可达到UL-94V-0级㊂同样,Qian等[59]的研究也得到了相同的结论㊂㊀第12期邹㊀瑜:水滑石类功能材料的特性分析及其阻燃应用4039过渡金属Co具有较高的熔点和沸点,其单质和化合物常用于耐火材料中,将Co2+引入LDHs主体层板结构中,可提高LDHs的阻燃性能㊂Wang等[60]制备了CoMgAl-LDHs,并用硬脂酸钠进行表面改性㊂研究了改性CoMgAl-LDHs对EVA样品阻燃和力学性能的影响,结果指出,Co2+的引入提高了复合材料的阻燃性和韧性㊂3.2㊀功能性客体插层LDHs具有层间阴离子可交换性,利用这一性质可将具有阻燃效果的功能性客体阴离子插层进入LDHs,从而得到不同阻燃效果的新型LDHs㊂BO3-3(硼酸根)在受热状态时能形成玻璃态B2O3,B2O3覆盖在燃烧物表面并促进材料炭化,从而隔绝氧气和热量,发挥其阻燃效果,因此将客体BO3-3插层进入LDHs,可得到阻燃性能更强的新型LDHs㊂李素峰等[61]采用成核/晶化隔离法制备了MgAl-CO3-LDHs和ZnMgAl-CO3-LDHs,并用离子交换法组装得到了具有完整晶体结构的BO3-3插层ZnMgAl-LDHs,研究了上述阻燃剂材料与EVA-28形成的复合材料的阻燃性能㊂结果显示,在相同添加量下,MgAl-CO3-LDHs比BO3-3插层ZnMgAl-LDHs表现出更好的阻燃性能,但BO3-3插层ZnMgAl-LDHs有更好的抑烟性能,LDHs中BO3-3含量远远低于纯硼酸锌中BO3-3的含量,而其对复合材料的阻燃抑烟效果相当于后者,足以说明BO3-3插层LDHs产物是一种优异的阻燃材料㊂Wang等[62]考察了BO3-3插层ZnAl-LDHs/PP(聚丙烯)纳米复合材料的阻燃性能,研究表明纳米复合材料中BO3-3插层ZnAl-LDHs添加量为15%(质量分数)时即显示出优异的阻燃隔热效果,材料热释放速率减少63.7%㊂含磷化合物是一类优质的阻燃剂,应用历史较早,具有低烟㊁无卤㊁无毒等优点,在阻燃作用时能生成强脱水性的聚偏磷酸,使燃烧物脱水炭化形成致密的炭化层,阻止材料的进一步燃烧,同时吸收大量的热,以及捕获燃烧产生的自由基,抑制火焰的产生㊂低添加量含磷化合物即可达到较好的阻燃效果,在LDHs中引入含磷阴离子客体,或可提升其阻燃效率㊂Xu等[63]先利用阴离子交换法将客体P3O5-10插层MgAl-LDHs,得到产物记作P-LDHs,随后用APTS(3-氨丙基三乙氧基硅烷)对P-LDHs进行表面改性,得到产物记作S-LDHs,最后考察了MgAl-LDHs㊁P-LDHs和S-LDHs三种材料对聚氨酯的阻燃性能㊂研究表明,相同添加量下P-LDHs和S-LDHs都对聚氨酯材料表现了极佳的阻燃和抑烟效果,两者热释放速率分别降低了58%和70%,10min烟密度值分别降低了36%和52%㊂同时阻燃和抑烟机理分析表明,LDHs材料能促进残炭层从晶体无序转换为晶体有序状态,形成交联和积累㊂对于S-LDHs来说,燃烧过程中会产生-P(=O)-O-C-和-P(=O)-O-Si-结构,两者能显著增强残炭层稳定性,从而隔绝氧气和热量的释放,达到阻燃和抑烟效果㊂Jin 等[64]将含磷的植酸插层进入LDHs,得到PA-LDHs,作为PLA(聚乳酸)材料的阻燃剂,结果显示,PA-LDHs 添加量为1%(质量分数)时即可使PLA的LOI值从19.4%提高至38.9%,UL-94阻燃测试从无等级至V-0级别,热释放速率峰值从812kW/m2降至301kW/m2㊂LDHs层间阴离子不仅仅局限于一种,也可扩展至两种或更多㊂Zhou等[65]在微波辅助下制备了纳米尺寸的MgAlZn-SnO2-3/CO2-3-LDHs,并考察了其对EVA材料的阻燃性能㊂结果显示,SnO2-3和CO2-3两者的协同作用能显著提高EVA材料的阻燃和抑烟性能,与纯EVA样品相比,MgAlZn-SnO2-3/CO2-3-LDHs/EVA复合材料的热释放速率减少了68.5%,总热释放量减少了22.2%,产烟速率降低了71.2%㊂说明MgAlZn-SnO2-3/CO2-3-LDHs的阻燃抑烟效果优良,是一款极具潜力的高效阻燃剂㊂3.3㊀协同效应LDHs作为阻燃剂,兼具无毒㊁无卤㊁阻燃和抑烟等优点,但也存在无机阻燃剂添加量大㊁阻燃效率低等缺点,为改善这一情况,除了调变LDHs主体层板金属离子和引入阻燃效率高的功能性客体插层外,还可与其他类型阻燃剂复配,发挥协同效应,提升阻燃效率㊂Yi等[66]将介孔二氧化硅和MgAl-LDHs协效复配应用于EVA材料的阻燃中㊂研究发现,与纯EVA相比,介孔SiO2/MgAl-LDHs的EVA材料LOI值明显提升,热释放速率和总热释放量明显降低,分析原因在于介孔二氧化硅的加入能够使残炭层更加交联致密,提升抑烟效果,同时介孔二氧化硅和MgAl-LDHs协同效应形成的凝聚相能够促进H2O和CO2的释放,减少有害气体的产生㊂Mo等[67]研究了MgAlCo-LDHs阻燃剂和DPCPB(一种由氯代磷酸二苯酯和三聚氰胺合成的膨胀型阻燃4040㊀新型功能材料硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第39卷剂)阻燃剂协同作用于ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)的性能㊂ABS/DPCPB(质量比为100ʒ25)复合材料LOI值为23.9%,阻燃等级为UL-94V-2级;添加MgAlCo-LDHs后,ABS/DPCPB/MgAlCo-LDHs(质量比为100ʒ21ʒ4)复合材料的LOI值为24.7%,阻燃等级为UL-94V-1级㊂DPCPB与MgAlCo-LDHs具有较强的协同效应㊂Sen等[68]采用表面活性剂十二烷基硫酸钠对制备的NiAl-LDHs进行改性得到产物sN-LDHs,sN-LDHs 再与c-MWCNT(羧酸功能化的多壁碳纳米管)三维混合协同作用于PS(聚苯乙烯)材料阻燃中㊂结果表明, PS/0.3%(质量分数)c-MWCNT/3%(质量分数)sN-LDHs纳米复合材料具有最佳的热稳定性和阻燃性㊂c-MWCNT与LDHs材料混合具有优异的协同效应,阻燃效率大大提升㊂4㊀结㊀语利用LDHs独特的层状结构,层板和层间离子的可调控性可实现其分子组装的多样化,得到性能各异的新型功能材料㊂在阻燃领域,LDHs绿色环保,潜力巨大,一直是国内外竞相研发的热点材料㊂在LDHs阻燃剂拓展开发方式上,一方面是利用其结构特点引入高效的阻燃元素进入主体层板结构;另一方面是通过客体插层方式引入具有阻燃效果的基团;还可通过与其他类型材料复配来发挥协同阻燃作用,三种方式均可得到性能优异的LDHs类阻燃材料㊂但目前也存在阻燃机理研究不够深入,客体插层的构筑原则不明确,协同效应机理不清晰等问题有待解决,以期新型环保LDHs类阻燃材料得到更广泛的应用㊂参考文献[1]㊀Cavani F,TrifiròF,Vaccari A.Hydrotalcite-type anionic clays:preparation,properties and applications[J].Catalysis today,1991,11(2):173-301.[2]㊀Feitknecht W,Gerber M.Zur Kenntnis der Doppelhydroxyde und basischen Doppelsalze II.Über Mischfällungen aus Calcium-Aluminiumsalzlösungen[J].Helvetica Chimica Acta,1942,25(1):106-131.[3]㊀Allmann R,Jepsen H P.Die struktur des hydrotalkits[J].Neues Jahrbuch fur Mineralogie Monatshefte,1969,12:544-551.[4]㊀Kovanda F,JindováE,Lang K,et al.Preparation of layered double hydroxides intercalated with organic anions and their 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新型阻燃剂水滑石在EVA复合材料中的燃烧特性和阻燃性能
新型阻燃剂水滑石在EVA复合材料中的燃烧特性和阻燃性能杜隆超，瞿保钧*中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,高分子科学与工程系,合肥，230026 关键词：水滑石 EVA 无卤阻燃协效随着聚合物材料应用领域的不断扩大，由聚合物材料着火引起的重大火灾事故时有发生，这已引起了人们的普遍关注。
传统的聚合物阻燃大都是采用添加含卤的阻燃剂来实现。
这些含卤的阻燃聚合物材料虽然具有优良的阻燃性能，但是遇到火灾会产生大量的有毒烟雾和腐蚀性的卤化氢气体。
据报道，世界上因火灾事故而死亡的人中，80％以上是因为材料燃烧时散发出的烟雾和毒性气体使人窒息而死，而无卤阻燃剂，特别是无机氢氧化物阻燃剂具有极好的消烟作用，可以避免含卤阻燃材料燃烧时所释放出的大量有毒烟雾和腐蚀性气体，成为国际上阻燃材料的主要发展方向。
氢氧化镁和氢氧化铝阻燃剂是目前国内外无机阻燃剂中应用量最大，发展最快的两种。
水滑石是一类层状无机材料，兼有氢氧化镁和氢氧化铝类似的结构和组成，受热分解时释放大量水和二氧化碳，并吸收大量热，能降低燃烧体系的温度；分解释放出的水蒸汽和二氧化碳气体能稀释和阻隔可燃性气体，因此是很有希望的对环境友好的消烟型无毒无卤阻燃剂新品种。
然而，由于天然水滑石在自然界的分布非常有限，远不如氢氧化镁和氢氧化铝丰富，因此，本文在合成水滑石的基础上比较选择了与其粒径相同的氢氧化镁和氢氧化铝样品，利用锥板量热器，氧指数测定仪，热重分析仪等方法研究和比较了水滑石与氢氧化镁和氢氧化铝在EVA共聚物中的燃烧特性和阻燃性能，以及它与微胶囊化红磷(MRP)的协同阻燃效果。
1．EVA/水滑石复合材料的燃烧特性图1比较了阻燃剂含量为50 wt％时，EVA与水滑石，氢氧化镁，氢氧化铝复合材料的热释放速率（HRR）。
从图中可见，当无机阻燃剂加入后，材料的燃烧时间明显的延长，最大热释放峰值（PHRR）也极大的降低，而且燃烧曲线成双峰*联系人,E-mail:qubj@分布。
磷酸根插层水滑石阻燃剂的研制
INDU STR Y
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磷酸根插层水滑石阻燃剂的研制
林 宁 ,赵 谨 ,秦立娟
(天津化工研究设计院 ,天津 300131)
摘 要 :采用共沉淀法制备镁 - 铝水滑石 [M g4A l2 (OH ) 12 CO3 ·4H2 O ]前驱体 ,由离子交换法组装磷酸根插层 水滑石 。用化学分析 , XRD , DTA - TG等手段 ,对样品进行分析和表征 ,并测试其阻燃性能 。结果表明 ,磷酸根插层 水滑石用于高分子材料 ,具有阻燃 、消烟 、填充功能 ,是无卤的无机阻燃剂新品种 。 关键词 :镁 —铝水滑石 ;磷酸盐 ;磷酸根插层水滑石 ;阻燃剂 中图分类号 : TQ132. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 4990 (2005) 09 - 0035 - 03
36
无机盐工业 第 37卷第 9期
物相分析用日本理学 D /max - 3A 型 X射线衍射仪 (CuKα射线 ) 、PHS - 3 型 pH 计 (上海第二分析仪 器厂 ) 、日本岛津 TA - 50 I热重分析仪 。
M g - A l HT前驱体层状结构 。表 1 为 M g - A l HT 前驱体及磷酸根插层 HT的化学组成和 XRD 数据 。
作为高分子材料阻燃 剂 , 水 滑石 阻燃 剂兼 有 A l (OH ) 3和 M g (OH ) 2阻燃剂的优点 ,又克服了它们 各自的不足 ,同时具有阻燃 、消烟 、填充 3种功能 ,是 一种很有前途的高效 、无卤 、低烟 、无毒的无机阻燃 剂新品种 [ 1 - 2 ] 。近年来 ,随着交叉学科研究领域的 拓展 ,水滑石类材料作为新型无机功能材料的研究 引起广泛关注 ,由于单一层间阴离子水滑石受组成 的限制 ,考虑到水滑石具有可插层性 ,将某些无机或 有机阴离子插入其层间可制备多种插层结构功能材 料 。离子交换是合成插层结构 HT的方法 , M g - A l HT合成比较简单 ,目前已工业化 [ 3 - 4 ] 。本文通过制 备 M g - A l HT作为交换前驱体 ,然后嵌入磷酸根形 成 M g - A l - PO4 HT,使其对高分子材料具有阻燃作 用。
哪些非金属矿可以防患于未“燃”
了解哪些非金属矿可以防患于未“燃”火灾无情，防患未“燃”！无卤、低烟、低毒的阻燃剂一直是人们努力探求的目标，无机矿物阻燃剂因价格低廉、资源丰富和对环境友好性（无毒性、无腐蚀性、良好抑烟性）等优点而广泛应用于造纸、橡胶和塑料等领域。
今日，我们就来说一说，哪些非金属矿可以用在阻燃剂中？一、水镁石水镁石理论化学式为Mg（OH）2，天然产出的原矿大多为片状或纤维状的集合体。
水镁石作为阻燃材料的紧要特性在于其在较低温度时就能释放大量的水蒸气，并且分解生成的MgO也具有较高的活性和较好的耐热性，是阻燃、消烟综合效果显著矿物品种，水镁石粉体已成为目前塑料、橡胶、涂料、纺织等行业用量较大的矿物阻燃粉体材料。
水镁石作为矿物阻燃剂常以填料形式添加到高分子聚合物中，通过熔融共混及挤出制备成复合材料母料或型材。
为了改善加工性能及提高阻燃性能，需要对水镁石初级产品进行进一步加工。
如超细粉碎、表面包覆处理等，其中关键影响因素是矿物纯度、超细粉碎粒度和表面改性用助剂。
水镁石纯度及粉体颗粒大小直接影响到阻燃材料使用的热力学性能和阻燃性。
二、水滑石类层状化合物水滑石类化合物（LDHs）是以双羟基金属复合镁铝碳酸盐构成层状及微孔结构的一类矿物，资源有水滑石和类水滑石。
作为阻燃材料的水滑石类矿物，起始分解温度较宽，因而拓宽了阻燃应用的温度范围，具有较好的阻燃、消烟、填充功能，既具有氢氧化镁和氢氧化铝型阻燃材料的优点，又克服了各自的缺陷，是无毒、低烟、高效的无卤阻燃材料新品种。
三、蒙脱石蒙脱石是具有天然层状纳米结构的矿物，片层解离后比表面积特别大，具有阻燃所需的优异的隔绝性能和丰富的吸附水、结构水。
作为阻燃剂的蒙脱石可以是提纯的蒙脱石或经提纯—有机插层处理的有机蒙脱石，有机插层处理的蒙脱石层间距显著增大，并且具有较好的亲油性，在易燃烧的聚合物体系中具有更好的分散、隔绝、阻燃效果。
但是有机蒙脱石比提纯蒙脱石加工成本更高，一般用在需要体现纳米功能的特别材料中。
不同克分子比混杂插层Zn—Mg—Al阻燃类水滑石的制备及其阻燃性能测试
Ｉ 论文选编 Ｉ
公 司产的 ２ ５ 一 ｌ ０ 箱式 电阻炉 。 １ ． １ ． ２ 原料
Ｍ ｇ Ｃ ｌ ２’ ６ Ｈ ２ Ｏ 、 Ｎ ａ Ｏ Ｈ 、 Ｚ ｎ Ｃ ｌ ２、
表１ — １微波辐射下得到的 四个阻燃类水滑石
样品号
ＺＲ— ｌ —Ａ ＺＲ一１ Ｂ Ｚ Ｒ —ｌ —Ｃ
Ａｌ 阻燃 类水 滑石 ，并 将获 得的 四种 阻燃类水 滑 石与 Ｌ ＤＰＥ 制 成 复合材料 。用 Ｘ ＲＤ和热分 析对 样品 进行表 征 。热分析 结果表明 ：Ｘ 酸根 与碳酸根以１ ： Ｏ 的克分 子比混杂插层Ｚｎ — Ｍｇ — ＡＩ 阻燃类水滑石 （ ＺＲ － １ 一 Ａ）对 Ｌ Ｄ ＰＥ的热 氧分解有 最好阻 缓效果 ；热分解温 度宽度达 ３ ６ ５ ． ３ ６ 度 。将ｚＲ 一１ 与ＺＲ －１ 一 Ａ进行 阻燃 性能 、力 学性 能及烟密 度等测试 的对 比 ；发现 Ｚ Ｒ一 １ 一Ａ ／ Ｌ Ｄ ＰＥ Ｌ ￣ 为４ ０ ／ ６ ０ Ｂ ｑ，ＺＲ －１ 一 Ａ／ Ｌ Ｄ ＰＥ 复合材料 的氧指数 （ ２ ９ ％）比ＺＲ 一１ ／ Ｌ ＤＰ Ｅ 复合材料 的氧指数 （ ２ ８ ％）略高 ；而 Ｚ Ｒ 一１ 一 Ａ／ Ｌ Ｄ Ｐ Ｅ复合材 料的消烟效果 （ 最大 烟密度 为１ ６ ． ４ ４ ）却 远不￣ Ｉ ＺＲ －１ ／ Ｌ Ｄ Ｐ Ｅ复合材料 （ 最大 烟密度为０ ． ２ ４ ），水平燃烧试验均 通过Ｆ Ｈ 一 １ 级。 发现ＺＲ－ １ 一Ａ ／ Ｌ Ｄ ＰＥ 复合材料 的拉伸强 度断裂伸 长率和冲击 强度均有 所提高 ；从 Ｓ ＥＭ图像上可 以看出 ， ＺＲ － １ 一Ａ／ Ｌ Ｄ Ｐ Ｅ燃烧后可观察 到更为致密而 结实的覆盖物 ，这与阻燃性能 的结果是一致的 ， 从而使该类 水滑石单独作 为一类高效阻燃消烟 新型 阻燃 剂使 用成为可能 。 关键词 水滑石 ；阻燃 ；微波辐 射 ；共 沉淀 法 ；氧指数 ；烟密度 ；力学性能
不同摩尔比混杂插层Zn—Mg—Al水滑石的制备及其阻燃性能测试
料 助 剂
２１ ０ ２年 第 １ （ 第 ９ 期 总 １期 ）
不同摩尔比混杂插层 Ｚ — ｇＡ 水滑石的 ｎＭ — １ 制备及其阻燃性能测试
周 秀华
（ 建 省 产 品 质量 检 验 研究 院 ， 州 ， ５ ０ ２ 福 福 ３ ００ ）
摘 要 采 用在微 波辐 射 条件 下 共沉 淀法 合成得 到 Ｘ ／ Ｃ 以不 同摩 尔比混合插 层 的 阻燃 类 Ｏｍ 与 Ｏ ～ － Ｚ— —１ ｎ Ｍｇ Ａ 水滑石 （ Ｒ １ ， Ｚ — ） 并将 获得 的 ４种 阻燃类 水滑石 与低 密度 聚 乙烯 （Ｄ Ｅ） 成复合 材料 。 用扫描 ＬＰ 制 电子 显微 镜 （ Ｒ 和 热分析 对样 品进行 表征 。 Ｘ Ｄ） 热分 析结果表 明 ： Ｘ酸根 与碳 酸根 以 １ ： 摩 尔比混杂插 层 ０的 Ｚ— — １ ｎ Ｍｇ Ａ 阻燃 类 水滑石 （ Ｒ １ Ａ） Ｌ Ｐ Ｚ 一 一 对 Ｄ Ｅ的 热氧 分解 有最 好 阻缓 效 果 ； 分解 温度 宽 度达 ３ ５３ ＝ 热 ６ ． ｏ。 ６【 将 Ｚ ～ 与 Ｚ 一一 Ｒ １ Ｒ １ Ａ进行 阻燃性 能 、 学性 能及烟 密度等 测试 的对 比； 现 Ｚ 一 一 ／Ｄ Ｅ比 为 ４ ／０时 ， 力 发 Ｒ １ＡＬ Ｐ ０６
ｓｔ ｎ ｏ ＤＰ ａ ｄ ｔｅ ｔｍｐ ｒｔｒ ｒａ ｔ ｆｔｅｍａ ｅ，ｍｐ ｓ ｉｎ ｒａ ｈ ｓｔ ６ ．６ ．Ｃ ｎｒｓ ｔ Ｒ一 ｉ ｏ ｆＬ Ｅ．ｎ ｈ ｅ ｅａｕ ｅｂ ｅ ｄｈ ｏ ｈ ｒ ｌｄ ｃ ｉ ｏ ｏ ｉｏ ｅ ｃ ｅ ｏ ３ ５３ ℃ ｔ ｏ ｔ ｔ ｏＺ １ ａ ａ ｄＺ １ Ａ ｎ Ｒ一 一 ｗｅｄｓｏ ｅｅ ｈ ｔ ｈ ＯＩｏ Ｒ一 一 Ｐ （ Ｒ一１ Ａ／ Ｅ ４ ／０ Ｓｔｅｂ ｓ ｗｈｃ ｐ ｔ ９ ａ ｄ ｉｃ ｖ ｒｄ ｔａ ｅＬ ｆＺ １ Ａ／ Ｅ Ｚ ｔ 一 Ｐ ＝ ０６ １ｉ ｈ ｅ ｔ ｉｈ ｕ ｏ２ ； ｎ
《稀土类水滑石的制备及其在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用研究》范文
《稀土类水滑石的制备及其在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用研究》篇一一、引言随着环保意识的提高，可降解塑料材料的研究与应用日益受到关注。
聚乳酸（PLA）作为一种生物基塑料，具有优异的生物相容性和可降解性，被广泛应用于包装、医疗和汽车等领域。
然而，PLA的阻燃性能较差，容易在燃烧过程中产生大量的烟雾和有毒气体，限制了其在实际应用中的范围。
因此，研究和开发高效、环保的阻燃剂对提高PLA的阻燃性能具有重要意义。
稀土类水滑石作为一种新型的无卤、环保阻燃剂，具有优异的阻燃和抑烟性能，被广泛应用于聚合物材料的阻燃改性中。
本文旨在研究稀土类水滑石的制备方法及其在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用效果。
二、稀土类水滑石的制备1. 原料与设备本实验所使用的原料包括稀土氧化物、氢氧化物、氯化物等，设备包括搅拌器、干燥箱、马弗炉等。
2. 制备方法采用共沉淀法制备稀土类水滑石。
首先，将稀土盐溶液与碱性溶液进行混合，调节pH值至一定范围，形成共沉淀物。
然后，经过滤、洗涤、干燥、煅烧等工艺过程，得到稀土类水滑石。
三、稀土类水滑石在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用研究1. 实验方法将制备得到的稀土类水滑石与PLA进行共混，制备出不同含量的稀土类水滑石/PLA复合材料。
通过垂直燃烧法测试复合材料的阻燃性能，利用热重分析（TGA）和锥形量热仪（Cone Calorimeter）等方法研究其热性能和烟气生成情况。
2. 结果与讨论（1）阻燃性能实验结果表明，随着稀土类水滑石含量的增加，PLA复合材料的阻燃性能得到显著提高。
当稀土类水滑石含量达到一定值时，复合材料达到UL-94 V-0级别，表现出优异的阻燃性能。
这主要归因于稀土类水滑石在高温下能够释放出结晶水和氢氧化物等物质，吸收热量并释放出水蒸气稀释氧气和可燃气体浓度，从而达到阻燃效果。
（2）热性能TGA结果表明，稀土类水滑石的加入能够提高PLA复合材料的热稳定性。
这主要是由于稀土类水滑石在高温下能够吸收热量并形成稳定的结晶结构，减缓了PLA的降解速度。
水滑石经济效益简介演示
医药领域需求
水滑石在药物载体、药物缓释等 方面的应用将进一步受到关注，
市场需求也将随之增长。
技术创新方向
合成技术改进
提高水滑石的合成效率、降低成本，实现大规模 工业化生产。
功能性拓展
通过改性、复合等手段，拓展水滑石在新能源、 医药等领域的应用。
环保技术研发
研究水滑石在环保领域的新技术、新应用，提高 其环保效果和经济效益。
运行成本，提高治理效果。
成功案例三：水滑石源领域的应用有助于提高能源 利用效率和降低能源成本，促进新能源产业 的发展。
详细描述
水滑石作为一种新型无机材料，在新能源领 域中具有广泛的应用前景。例如，利用水滑 石的离子交换性能和催化性能，可以开发高 效、低成本的燃料电池和太阳能电池。同时 ，水滑石还可以应用于储能材料、智能电网 等领域，提高能源的利用效率和稳定性，为
新能源产业的发展提供有力支持。
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水滑石在化工领域的应用具有显著的经济效益，能够提高产品质量、降低生产成本，并减少环境污染 。
详细描述
水滑石作为新型无机材料，在化工领域中广泛应用于催化、吸附、离子交换等方面。通过水滑石的应 用，可以提高产品的性能和纯度，降低生产过程中的能耗和物耗，从而降低生产成本。同时，水滑石 的环保性能也得到了广泛认可，能够减少化工生产对环境的污染。
政策支持与推动
政府将加大对水滑石产业的支持 力度，包括资金扶持、税收优惠
等政策措施。
政府将推动水滑石产业与新能源 、环保等产业的融合发展，鼓励 企业进行技术创新和产业升级。
政府将加强水滑石产业的标准制 定和产品质量监管，推动产业健
康发展。
04
水滑石的案例分析
水滑石的合成及应用研究报告
水滑石的合成及应用研究报告摘要：水滑石是一种重要的层状双氢氧化镁矿物，具有广泛的应用前景。
本报告主要研究了水滑石的合成方法和应用领域，并对其未来的发展进行了展望。
通过实验证明了水滑石的制备方法，以及在催化剂、填充剂、阻燃剂等领域的应用。
1.引言水滑石（也称为水镁石）是一种层状的双氢氧化镁，化学式为Mg6Si4O10(OH)8·4H2O。
它的晶体结构使其具有多孔性和大的比表面积，从而赋予了其广泛的应用潜力。
2.合成方法目前合成水滑石的方法主要有热法、水热法、高温固相合成法等。
其中，水热法是最常用的合成方法之一、合成水滑石的关键是控制反应条件（如温度、压力、反应时间等），以及原料配方的比例。
3.应用领域3.1催化剂水滑石可以用作催化剂的载体，通过在其表面修饰不同的活性物质来实现对各种催化反应的促进作用。
例如，将贵金属或过渡金属负载在水滑石上，可以用于氧化反应、加氢反应等。
3.2填充剂水滑石的多孔结构使其具有良好的填充性能，可用作聚合物、橡胶、油漆等材料的填充剂。
填充水滑石可以提高材料的硬度、强度、耐磨性等特性，同时降低成本。
3.3阻燃剂水滑石具有优异的阻燃性能，可以用作阻燃剂的添加剂。
当材料着火时，水滑石会释放出水分，降低温度，阻止燃烧蔓延，并产生碳化物保护层，从而实现阻燃效果。
4.实验研究本研究采用水热法合成了水滑石，并对其性能进行了实验测试。
结果表明，在适当的反应条件下（如温度为100℃，反应时间为24小时），可以得到纯度较高的水滑石。
同时，使用扫描电镜、X射线衍射等技术对样品进行表征，得出了其晶体结构、比表面积等性质。
5.发展前景水滑石作为一种多功能材料，具有广泛的应用前景。
随着科学技术的发展，人们对水滑石的研究不断深入，新的合成方法和应用领域也在不断涌现。
未来，水滑石的应用将更加广泛，同时也需要进一步提高其制备方法的效率和经济性。
结论：水滑石是一种重要的层状双氢氧化镁矿物，具有广泛的应用前景。
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引 言
水滑石（ Ｌ ＤＨ） 是一 类具层 状双 羟基 复合金 属氧 化物 的 新型无机功能材料 ， 广泛应用 于阻燃 、催化 、吸附等领域 ＿ １ ｊ 。
特别是近年来在阻燃方面的研发应用受到极大 关注 ， 镁 铝 水 滑 石 阻 燃 材 料 兼 具 Ａ１ （ ０Ｈ） 。和 Ｍｇ （ ＯＨ） ２之 阻 燃 优 点 ，并
制备 Ｍｇ ／ Ａ１ 摩 尔比为 ４的镁铝水滑石 （ Ｍｇ Ａ１ － Ｌ ＤＨ） 阻燃剂。通过 ｘ射线衍射光谱 （ Ｘ Ｒ Ｄ） 、 傅 里叶红外光谱
（ Ｆ Ｔ － Ｉ Ｒ） 和热重一 差示扫描量热 法 （ Ｔ Ｇ－ ＤＳ Ｃ） 等 表征 手段 ，以及结 合去卷 积及 曲线拟 合分析 ， 研 究 了 Ｍｇ Ａ１ － Ｌ Ｄ Ｈ 阻燃 剂的热分解行 为 ， 探求其热相变规 律 ， 特别 是热解 相变过程 中层板 羟基 （ 一 ＯＨ） 的存 在形式 和层 间碳酸根（ Ｃ ０； 一） 的配位变化 ， 并从热力学角度对其热分解过程进行 了分析讨论 。Ｘ Ｒ Ｄ表征发 现 ， 随着 温度
第３ ５ 卷， 第１ 期 ２ ０ １ ５ 年 １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖｏ １ ． ３ ５， Ｎｏ ．１ ， ｐ ｐ ｌ ４ — １ ８
Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ，２ ０ １ ５
水 滑 石 阻燃 剂 热 相 变 行 为 及 其 热 力 学 分 析
张治青 ， 廖梦 尘，曾虹 燕 ， 徐 圣 ， 徐理 华， 朱培 函， 杨永杰
湘潭大学化工学院 ， 湖南 湘潭 ４ １ １ １ ０ ５
摘
要
水滑石（ Ｌ Ｄ Ｈ） 具有阻燃 、消烟、填充和热稳定性等功能 ， 是无机 阻燃剂 的新 品种 ，以尿素为沉淀剂
的升高 ， Ｌ ＤＨ阻燃剂主体层板结构发生晶相转变 ，５ ０ ０℃时层 间 ｃ （ ） ； ～基本脱 除生成镁 铝双金 属混合氧化 物（ Ｍｇ —Ａ卜 一０） ，６ ０ ０℃有杂相 Ｍｇ Ａ１ ２ ０ ４ 尖 晶石 晶相生成 。基 于 Ｆ Ｔ － Ｉ Ｒ和 Ｔ ＧＤ Ｓ Ｃ表征 和曲线拟合 分析 ， 发现 Ｌ ＤＨ阻燃剂主体层板一０Ｈ存在 ［ Ａ１ —０Ｈ— Ａ１ ］ ， ［ Ａｌ ＿ 一０Ｈ—Ｍｇ ］ 和［ Ｍｇ 一０Ｈ—Ｍｇ ］ 三种形 式 ， 各 结 构单元 中的－ － ＯＨ 析 出难 易 程度 有 所 不 同 ，［ Ｍｇ ０Ｈ Ｍｇ ］ 最 难 析 出 ，［ Ａｌ —ＯＨ—Ｍｇ ］ 次 之 ，而 ［ Ａ卜
文 献标 识 码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ — ０ ０ １ ４ — ０ ５
中 图分 类号 ： ０６ ５ ７ ． ３
算 的研究 还鲜有 报道 。采 用 Ｘ Ｒ Ｄ，Ｆ Ｔ － Ｉ Ｒ和 Ｔ Ｇ － Ｄ Ｓ Ｃ等
技术手段 ， 探求 Ｌ ＤＨ 阻燃 剂煅 烧 过程 中热 分解 相 变规 律 ， 阐明 Ｌ ＤＨ热 分解机理 ，并根据 相变热力 学探 明其热分 解过 程 中的相变 规律 ，预测 Ｌ ＤＨ 热相变行 为和特性 ，为 其使用
和加工提供理论依据。
１ 实验部
１ ． １ 水 滑 石 阻燃 剂 的 制 备
Ｉ ） ＿ ５ ０ ０和 Ｌ Ｄ Ｏ － ６ ０ ０ 。
水 、脱羟基 、脱 碳 的分解过 程 ， 但 热解 过程 中 Ｌ ＤＨ 层板一 ＯＨ 存在形式和层间 Ｃ 一配位变 化规律及 其热力学 数据估
１ ． ２ 表 征 方 法
收 稿 日期 ：２ ０ １ ３ — １ ２ 一 Ｏ １ ， 修 订 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ４ — ０ ５ 基金项 目： 湖南 省 自科基金重点项 目（ １ ２ Ｊ Ｊ ２ Ｏ Ｏ ８ ） ，湖南 省高校创新平 台开放基金项 目（ １ ２ Ｋ０ ４ ８ ） ，２ ０ １ ２年湖南 省大学生创新性实验计 划项 目 （ ２ ０ １ ２ １ Ｏ ５ ３ ０ ） 资 助
避免它们各 自的缺陷 ，具 阻燃 、消 烟、填充 和热稳定 性等 多 种功能 ， 是 一种 高 效 、环 保 、消烟 型 无毒 无 卤的新 型 阻 燃
剂 ］ 。 热分解性 能是阻燃剂最 为重要 的性 能之一 ， 研究 其
热分解规律 、能量变化等对确定阻燃剂 使用极 限、优化 阻燃
材 料 加 工 工 艺 具 有 重 要 作 用 。前 人 已 对 Ｌ ＤＨ 热 解 过 程 进 行 了研 究 和 探 讨 ，其受 热 分 解 分 为 两 个 吸 热 分 解 阶 段 ，经 历 脱
０Ｈ—Ａ１ ］ 较易 ； 层问 Ｃ ０； 亦有三种配位方式 ，即桥联配位 、单齿配位和双齿配位 。 从 热力学角度对 Ｍｇ Ａ卜
Ｌ Ｄ Ｈ 阻燃剂的热力学性质进行了估算 ， 得到 了 Ｍｇ ｓ ＡＩ ｚ （ ＯＨ） ｚ ｏ Ｃ ０ ３晶体 的吉 布斯 自由能 （ △ ， Ｇ牛 ） 随温度 变化
采用尿素法参照 文献 ［ ７ ３ ， 按ｕ ｒ ｅ ａ ／ Ｎ Ｏ ； － 摩 尔 比为 ４制
备 Ｍｇ ／ Ａ １ 摩尔 比为 ４： １的 Ｍｇ Ａ１ － Ｌ Ｄ Ｈ 阻燃 剂， 记为 Ｌ ＤＨ。
部分样 品 分 别 于 ２ ０ ０ ，３ ０ ０ ，４ ０ ０ ，５ ０ ０和 ６ ０ ０ ℃ 下 煅 烧 得 Ｍｇ ＡＦ Ｌ Ｄ Ｏ， 分 别 记 为 Ｌ Ｄ Ｏ－ ２ ０ ０ ，Ｌ Ｄ Ｏ－ ３ ０ ０ ，Ｌ Ｄ Ｏ－ ４ ０ ０ ，
的明确表达式 。当温度 （ Ｔ） 高于 ２ ２ ８ ． ６ ５℃ 时 ，吉布斯 自由能 （ △ Ｇ 牛 ） 小 于零 ，Ｍｇ Ａ１ － Ｌ ＤＨ 发生分 解 ，层 板 中 ＯＨ 析出过程是 自发进 行 的。该 结果 与 Ｔ ＠Ｄ Ｓ Ｃ实 验结 果接 近 ，表 明热 力学 估算 所 得吉 布斯 自由能 （ △ Ｇ牛 ） 与温度（ 丁 ） 的关系是可靠 的。 关键词 水滑石 ； 阻燃剂 ； 热分解 ；配位方 式 ； 热力学 ；晶相转 变