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阻燃剂水滑石的制备及表面改性研究

阻燃剂水滑石的制备及表面改性研究I. 前言A. 引言B. 研究背景C. 研究目的II. 材料与方法A. 实验材料B. 实验方法1. 预处理水滑石2. 制备阻燃剂水滑石3. 表面改性III. 结果与分析A. 结果展示B. 阻燃剂水滑石性能测试C. 表面改性后水滑石性能测试D. 数据分析IV. 讨论A. 阻燃剂水滑石的应用前景和优缺点B. 表面改性对水滑石性能的影响C. 可能的进一步研究方向V. 结论A. 结论B. 研究的贡献C. 不足之处及未来完善方案第一章节前言A. 引言阻燃材料的研究与应用已经成为了现代化的重要任务之一。

随着人们对于防火安全意识的不断增强，阻燃剂材料的需求也越来越大。

水滑石，一种常见的矿物质，具有广泛的应用空间。

但是，由于其本身的缺点，如热稳定性不佳等，限制了其在阻燃材料中的应用。

因此，如何提高水滑石的阻燃性能是当前的研究热点。

B. 研究背景阻燃剂作为一种具有独特功能的材料，不仅可以在建筑材料、塑料、橡胶等日常生活中得到广泛应用，而且有着潜在的军事应用。

水滑石作为一种广泛应用的矿物质，在建筑材料和塑料等领域得到了广泛的应用。

但它的阻燃性能不佳，阻燃效率低，因此需要进行研究，以提高其阻燃性能。

C. 研究目的因此，研究的目的是通过制备阻燃剂水滑石，并进行表面改性，以提高其阻燃性能，为其在实际应用中提供更好的应用性能。

本论文旨在探讨水滑石的制备及表面改性研究，内容包括实验材料、实验方法、结果与分析、讨论、结论等几个方面，为阻燃剂水滑石的应用提供参考和指导。

第二章节材料与方法A. 实验材料本研究所使用的水滑石来源于当地的石灰岩矿。

将水滑石经过粉碎、筛选等工艺处理后，得到粒径在1-5μm之间的水滑石粉末。

阻燃剂采用氢氧化镁、硅酸镁等多种无机物，经过混合、研磨等工艺处理后得到粒径在1-3μm之间的阻燃剂。

表面改性剂采用十六烷基三甲基溴化铵。

B. 实验方法1. 预处理水滑石将粉碎后的水滑石放置在干燥器中，去除其内部的水分，获得较为干燥的水滑石粉末。

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。

水滑石类材料的制备及在水污染治理中的应用

Ａｂｔａｔｎｔｉｐｐｒａｖｒｔｆｓｎｈｓｓｍｅｈｄｆｌｙｒｄｄｕｌｙｒｘｄｓａｅｐｏｏｅ，ｉｃｕｉｇｓｒｃ：Ｉｈｓａｅ，ａｅｙｏｙｔｅｉｉｔｏｓｏｅｅｏｂｅｈｄｏｉｅｌｒｐｓｄｎｌｄｎａｃｐｅｉｉｔｎｒｄｏｈｒｌｍｅｈｄａｃｎｔｎｃ．ｈｐｌａｉｎｏＤＨｓａａａｙｅ，ｏｂｎｏｒｍｏｅｏｒｃｐｔｉ，ｈｏｒｔｅｍａｔｏ，ｃｌｉａｉ，ｅｔＴｅａｐｉｔｆＬａｏｏｃｏｓｃｔｌｚｒｓｒｅｔｔｅｖｐｌｔｎｓｆｏｃｎａｎｔｄｗａｅｓｏｘｍｐｅｅｄｉｇａｉｎｐｌｔｄｗａｅｏｙｄｏｐｏｆｄｅｅｖｏｌａｔｒｍｏｔｍｉａｅｔｒ，ｆｒｅａｌ，ｒｍｅｙｎｎｏｏｌｅｔｒｂｄ，ａｓｒｉｎｏｙ，ｈａｙｕｕｍａｅｅｖｌａｅｍａｎｙｄｓｒｅ．ｔｌｍｏａｒｉｌｅｃｂｄｒｉ
Ｋｅｏｄ：ａｅｄｄｕｌｈｄｘｅ（Ｄｓ；ｎｈｓｅｈｄ；ａｒｒａｍｎｙｗｒｓｌｒｏｂｅｙｒｉｓＬＨ）ｙｔｅｉｍｔｏｓｗｔｅｔｅｔｙｅｏｄｓｓｅｔ
水滑石类化合物（ａｅｅｏｂｅｈｄｏｉｅ，ＬｙｒｄｄｕｌｙｒｘｄｓＬＨ）水滑石（ｄｏａｉ）类水滑石（ｄｏｌＤｓ是Ｈｙｒｔｃｅ、ｌｔＨｙｒｔ— ａ

2021水滑石作为无机功能材料的应用现状范文3

2021水滑石作为无机功能材料的应用现状范文水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O)是一种层状双羟基复合金属氧化物,是一类近年来发展迅速的阴离子型粘土。

水滑石中的Mg2+、Al3+被其他同价金属离子取代时,就构成了类水滑石。

水滑石类化合物主要由水滑石、类水滑石和他们的插层化学产物柱撑水滑石构成。

水滑石类化合物具有独特的结构、阴离子的可交换性以及优良的催化性能,同时又具有耐热性、耐辐射性和耐酸碱性,使其在吸附、离子交换、阻燃、催化、医药及光、电、磁等方面得到广泛应用。

近年来,随着交叉学科研究领域的拓展,水滑石作为无机功能材料在选择性红外吸收、紫外阻隔等方面亦显示了优良的性能,在农膜、化妆品、涂料、塑料加工等方面展示了良好的应用前景。

1、在功能高分子材料及添加剂方面的应用 1.1用作 PVC 热稳定剂聚氯乙烯(PVC)具有加工性能优越、燃烧困难、力学性能高、价格低廉、原料来源丰富以及制造工艺成熟等特点,在轻工、机械、电子、建筑、纺织以及航天等领域具有广泛的用途,但是由于PVC 分子链上存在叔碳氯原子、烯丙基氯原子等不稳定氯原子,受热时容易分解,热稳定性差。

为保证 PVC 配混料具有良好的加工性能和赋予 PVC 制品合宜的使用性能,就必须在 PVC 配混料中加入热稳定剂。

水滑石作为PVC 的热稳定剂,日本于 20 世纪 70 年代已有文献报道,20 世纪 80 年代后,陆续发表专利,日本 Kyowa 化学公司最先将水滑石填充到 PVC 中用作热稳定剂,将 100 份 PVC、1 份硬脂酸锌、2 份氧化铁、0.8 份马来酸二丁基锡和 0.3 份水滑石混炼成薄膜并测定其稳定性。

结果表明:样品在190℃的热稳定时间为8min,而不含水滑石样品的热稳定时间只有 2min。

其热稳定效果比钡皂、钙皂及它们的混合物好。

此外,它还具有透明性好、绝缘性好、耐候性好及加工性好等优点,不受硫化物的污染,无毒,能与锌皂及有机锡等热稳定剂起协同作用,是极有开发前景的一类无毒环保型热稳定剂。

水滑石

目前，水滑石类层状化合物的制备方法主要有共沉淀法、水热合成法、离子交换法、焙烧复原法以及尿素分解均匀共沉淀法等。

1共沉淀法共沉淀法是制备水滑石的基本方法, 即以可溶性铝盐和镁盐与沉淀剂反应生成沉淀物，经过滤、洗涤、干燥后制得水滑石。

根据投料方式不同可分为单滴法和双滴法。

根据沉淀方式不同衍生出低过饱和沉淀法和高过饱和沉淀法。

共沉淀法合成温度低，过程简单，制得的水滑石具有较高的均匀性、颗粒尺寸分布较窄且具有一定形貌。

但由于反应各组分的沉淀速度和沉淀平衡浓度积不可避免地存在着差异，所以导致产品组成的局部不均匀性，而且沉淀物还需反复洗涤过滤, 才能除去混入的杂质离子。

研究发现，共沉淀工艺条件与水滑石晶体的形貌、组成和粒径密切相关。

老化温度过低, 晶体的形成速度过慢；温度过高，则晶体生长速度过快，易形成粗晶。

在65 ℃-75 ℃时合成的水滑石晶体结构较好, 粒径15 nm-30 nm， BET比表面积100 m2 /g-120 m2 /g，可视为最佳老化温度。

采用水热晶化处理共沉淀物 , 不仅能得到小粒径、高均匀度的水滑石，还能大大缩短晶化时间。

结晶度、层间阴离子的排列有序度和晶体平均粒径均随水热晶化时间的增加而增大。

在微波场下共沉淀合成水滑石，微波晶化法可以在约8 min内达到与常规热晶化法24 h 同样的效果，避免了高温高压，而且缩短了结晶时间。

2 水热合成法水热合成法以难溶或不溶的一元金属氧化物或盐为原料，采用水溶液或蒸气等流体为介质，在压热条件下合成水滑石。

与一般湿化学法相比较，水热合成法具有反应在相对较高的温度和压力下进行，反应速度较快且有可能实现在常规条件下不能进行的反应；一般不需高温烧结即可直接得到分散且结晶良好的粉体，避免了可能形成的粉体硬团聚；可通过调节实验条件来控制纳米颗粒的结构、形态和纯度，具有结晶好、纯度高、粒度分布窄以及团聚少等优点；环境污染少、工艺简单、成本较低，是一种具有较强竞争力的合成方法。

水滑石作为润滑油(脂)添加剂的摩擦性能及其影响因素

第49卷2021年5月第5期第48-55页材料工程J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n gV o l.49M a y2021N o.5p p.48-55水滑石作为润滑油(脂)添加剂的摩擦性能及其影响因素F r i c t i o n p e r f o r m a n c e o f h y d r o t a l c i t e a sl u b r i c a t i o no i l(g r e a s e)a d d i t i v e a n di t s i n f l u e n c e f a c t o r s李桂金1,2,张忠伦1,2,白志民3(1中建材科创新技术研究院(山东)有限公司,山东枣庄277100;2中国建筑材料科学研究总院有限公司,北京100024;3中国地质大学(北京)材料科学与工程学院,北京100083)L IG u i-j i n1,2,Z H A N GZ h o n g-l u n1,2,B A I Z h i-m i n3(1C N B M T e c h n o l o g y I n n o v a t i o nA c a d e m y(s h a n d o n g)C o.,L t d.,Z a o z h u a n g277100,S h a n d o n g,C h i n a;2C h i n aB u i l d i n g M a t e r i a l sA c a d e m y C o.,L t d.,B e i j i n g100024,C h i n a;3S c h o o l o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,C h i n aU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e(B e i j i n g),B e i j i n g100083,C h i n a)摘要:水滑石应用于机械摩擦系统,展现出良好的减摩抗磨性能㊂本文系统总结水滑石作为润滑油(脂)添加剂的摩擦性能及其影响因素,重点分析制备方法㊁阳离子半径㊁二价与三价阳离子比例㊁层间无机阴离子种类㊁有机阴离子插层㊁结晶度等因素对水滑石减摩抗磨性能的影响规律与作用机制,明确水滑石润滑材料结构成分设计基本原则与调控方向㊂基于研究现状,提出应深入加强水滑石润滑材料工业实验验证㊁水滑石对润滑油(脂)品质影响评价㊁水滑石与摩擦副表面交互作用基础研究等工作㊂关键词:水滑石;减摩抗磨;影响因素;研究方向d o i:10.11868/j.i s s n.1001-4381.2020.000416中图分类号:P578.964文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2021)05-0048-08A b s t r a c t:H y d r o t a l c i t e a p p l i e d i n m e c h a n i c a l f r i c t i o n s y s t e m e x h i b i t s g o o d f r i c t i o n a n d w e a r r e s i s t a n c e.F r i c t i o n p e r f o r m a n c eo fh y d r o t a l c i t ea s l u b r i c a t i o no i l(g r e a s e)a d d i t i v ea n d i t s i n f l u e n c e f a c t o r sw e r es u m m a r i z e ds y s t e m a t i c a l l y i nt h i s p a p e r.T h em e c h a n i s ma n dr e g u l a t i o no f p r e p a r a t i o n m e t h o d s,c a t i o nr a d i u s,t h er a t i oo fd i v a l e n ta n dt r i v a l e n tc a t i o n s,t h et y p eo fi n o r g a n i ca n i o n s b e t w e e n l a y e r s,t h e i n t e r c a l a t i o n o f o r g a n i c a n i o n s,c r y s t a l l i n i t y o n t h e f r i c t i o n r e d u c t i o n a n d a n t i w e a r p r o p e r t i e sw e r ea n a l y z e dc o m p a r a t i v e l y.T h eb a s i c p r i n c i p l ea n dc o n t r o ld i r e c t i o n so f t h es t r u c t u r a l c o m p o s i t i o n d e s i g n o f h y d r o t a l c i t e l u b r i c a t i o nm a t e r i a l sw e r e c l a r i f i e d.B a s e d o n t h e r e s e a r c h s t a t u s,i t w a s s u g g e s t e d t h a t t h e i n d u s t r i a l t e s tv e r i f i c a t i o no fh y d r o t a l c i t e,t h ee v a l u a t i o no f t h e i n f l u e n c eo f h y d r o t a l c i t e o n t h e q u a l i t y o f l u b r i c a t i n g o i l(g r e a s e),a n dt h eb a s i cr e s e a r c ha b o u t t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e nh y d r o t a l c i t e a n d t h e f r i c t i o n s u r f a c e s h o u l db e s t r e n g t h e n e d.K e y w o r d s:h y d r o t a l c i t e;f r i c t i o n r e d u c t i o na n d a n t i w e a r;i n f l u e n c e f a c t o r;r e s e a r c hd i r e c t i o n水滑石是一类层状阴离子型黏土材料,晶体结构与水镁石(M g(O H)2)类似,由八面体片堆垛而成,片层之间存在平衡电荷的水合阴离子㊂晶体化学式为[M2+1-x M3+x(O H)2]x+(A n-x/n)㊃m H2O,八面体片由二价金属氢氧化物与三价金属氢氧化物组成,因此又称为层状双金属氢氧化物(l a y e r e dd o u b l eh y d r o x i d e s,L D H)㊂水滑石层板表面存在着永久电荷,源于三价阳离子对二价阳离子取代而形成的过剩电荷㊂由于水滑石的化学成分与层间结构具有很大的调控空间,因而其展现出一系列特殊功能,在催化[1]㊁能量存储[2]㊁阻燃[3]㊁吸附净化[4-5]㊁抗紫外老化[6]等领域得到深入研究与应用㊂第49卷第5期水滑石作为润滑油(脂)添加剂的摩擦性能及其影响因素统计分析表明,层片状超细粉体表现出更优异的减摩性能[7-8]㊂蛇纹石[9-11]㊁高岭石[12-13]㊁凹凸棒石[14]㊁蒙脱石[15]㊁滑石[16]㊁云母[17-18]等层状硅酸盐矿物能够大幅降低摩擦因数,其中蛇纹石在工业装备上的长期应用结果表明,其可成倍提高摩擦件使用寿命[19-20], Z r P[21],M o S2[22-23]和石墨烯[24-25]等层片状纳米粒子也展现了良好的减摩抗磨性能㊂水滑石层间连结较弱,可在外力作用下发生层间滑动,其零电荷点在11左右,中性条件下表面带正电,可与金属摩擦表面发生静电吸引作用,这些性质与蛇纹石极为相近,因此水滑石具备作为优良减摩抗磨材料的可能㊂另外,水滑石制备原料易得㊁合成工艺简单㊁工艺条件温和㊁成分与粒度易于操控㊁表面性质调控手段多且易于实现,较其他层状润滑材料制备与工程应用具有一定优势㊂2012年,白志民课题组报道了C o-A l类水滑石作为润滑油添加剂的摩擦性能[26],肯定了水滑石的减摩抗磨特性,并陆续开发了M g-A l和N i-A l及阳离子替代㊁阴离子替代㊁插层处理等多类水滑石材料[27-31],使此类材料逐渐得到业内的关注[32-35]㊂本文围绕水滑石制备方法与原料㊁阴阳离子与结晶度对摩擦性能的影响㊁减摩抗磨机理等问题,综述了水滑石润滑材料研究过程中的重要结论,归纳总结了共性规律,针对存在的问题,提出了一些新认识,并提出了未来有待深入研究的若干科学技术问题㊂1水滑石润滑材料制备方法与原料水滑石润滑材料制备方法对摩擦性能有一定影响㊂常见的制备方法包括共沉淀法[27]㊁水热合成法[36]㊁成核晶化隔离法[37]和微乳液法[34]等,其中成核晶化隔离法和水热法制备的各类水滑石的摩擦性能总体优于共沉淀法㊂以共沉淀法制备的N i-A l-N O3-L D H[27],M g-A l-N O3-L D H[38]降低摩擦因数,磨斑直径在10%~20%之间;而采用成核晶化隔离法㊁水热法合成的C e-M g-A l-C O3-L D H[37],M g-A l-C O3-L D H[36],C o-A l-C O3-L D H[36,39]可降低摩擦因数,磨斑直径在20%~50%之间,这主要与不同制备方法导致的结晶度差异有关㊂水滑石的制备多以化学试剂作为基础原料,主要是M g,A l及其他二价金属阳离子的硝酸盐㊁硫酸盐及氯化物,如何有效利用天然矿物原料是重要课题之一㊂W a n g等[40]以菱镁矿为原料,采用化学分解/水热合成法制得M g-A l-C O3-L D H,该工艺路线巧妙地利用了天然原料中的M g2+与C O32-,为规模化制备低成本M g-A l-C O3-L D H润滑材料提供了可行思路㊂郭曼[41]利用HN O3酸浸蛇纹石,在不破坏晶体结构情况下,使用蛇纹石酸浸液中的M g2+,辅以添加适量镁盐与铝盐,制备了蛇纹石/M g-A l-C O3-L D H复合润滑材料㊂四球摩擦实验表明,复合润滑材料的摩擦性能好于蛇纹石㊂适度酸浸蛇纹石,在一定程度上降低了蛇纹石粒度,解决了机械研磨颗粒粒径较大的问题,并为合成L D H提供了M g2+来源㊂蛇纹石/L D H复合润滑材料结合了蛇纹石的摩擦承载能力与L D H的层间滑动能力,有助于发挥两者的摩擦协同作用㊂2阳离子对水滑石摩擦性能的影响目前针对阳离子的研究聚焦于二价阳离子的替代及二价与三价阳离子比例的调节㊂阳离子主要是通过影响水滑石表面电位㊁八面体片结合强度而影响其摩擦性能㊂一般而言,水滑石表面电位(z e t a电位)越高,其在润滑油脂中的分散稳定性越强,进而表现出更好的减摩抗磨性能;阳离子与 O H键强越高,八面体片结构强度越大,在摩擦热作用下保持较好的结构稳定性,水滑石可表现出更加优异的摩擦承载能力㊂制备水滑石常用的二价阳离子有Z n2+,C u2+, M g2+,N i2+,C o2+以及它们之间的搭配㊂表1为阳离子半径[42],如表1所示,6配位的C o2+在高自旋(h i g h s p i n,H S)态㊁低自旋(l o ws p i n,L S)态时的离子半径r 不同,故离子半径排序有两种:(1)Z n2+>C u2+> M g2+>N i2+>C o2+(L S);(2)C o2+(H S)>Z n2+> C u2+>M g2+>N i2+㊂根据式(1),(2)[43],在水滑石A l3+比例(x值)㊁三价阳离子和层间阴离子相同情况下,二价阳离子半径越小,晶胞参数a越小,表面电荷密度(q c)越高,进而表面电位(z e t a电位)越高,摩擦性能越优,因此摩擦性能的理论排序应与二价阳离子半径排序完全相反,即:Z n-A l-L D H<C u-A l-L D H<M g-A l-L D H<N i-A l-L D H<C o-A l-L D H,C o-A l-L D H<Z n-A l-L D H<C u-A l-L D H<M g-A l-L D H<N i-A l-L D H㊂表1阳离子半径[42]T a b l e1 C a t i o n r a d i u s[42]I o n C o o r d i n a t i o n S p i ns t a t e I o n i c r a d i u s/10-1n m Z n2+60.74C o2+6L S;H S0.65;0.745C o3+6L S;H S0.545;0.61N i2+6H S0.69M g2+60.72C u2+60.73A l3+60.535C e3+61.01L a3+61.032q c=2x e/(3a2)(1) a=2[(1-x)r M2++x r M3++x r O2-](2)94材料工程2021年5月本文在确保水滑石合成工艺㊁x 值与摩擦实验条件一致或相近的基础上,分析不同二价阳离子水滑石减摩抗磨性能,如表2所示[36,39,44-45]㊂W a n g 的实验结果表明[39],水热法制备的C o -A l -C O 3-L D H 可降低摩擦因数49.1%,减少磨损33.1%,是已报道的水滑石摩擦性能评价实验中综合效果较好的㊂Z h a o 的研究表明[36],M g -A l -N O 3-L D H ,N i -A l -N O 3-L D H 和C o -A l -C O 3-L D H 分别降低摩擦因数12.9%,17.3%,22.3%,减少磨损5.0%,14.7%,26.1%㊂付帆的实验结果表明[44],N i -M g -A l -L D H 和C u -M g-A l -L D H 均降低摩擦因数37.1%㊂但齿轮与空压机实验结果表明,N i -M g-A l -L D H 的节能效果更优,在基础油中的沉降实验结果也表明N i -M g -A l -L D H 分散稳定性更好㊂L i 综合比对后认为[45],M g -A l -C O 3-L D H 减摩抗磨效果优于Z n -A l -C O 3-L D H 和Z n /M g -A l -C O 3-L D H ㊂以上摩擦实验结果与第(1)种摩擦性能理论排序完全吻合㊂表2 不同二价阳离子水滑石减摩抗磨性能T a b l e 2 F r i c t i o n r e d u c t i o na n da n t i w e a r p e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t d i v a l e n t c a t i o nL D HE x pe r i m e n t a l c o n d i t i o n L D H F C D */%A P I*/%R e f e r e n c e F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s pe e d 1200r /m i n ,l o a d 392N ,r u n t i m e 30m i n ,d o s a g e 10g /L C o -A l -C O 349.133.1[39]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s p e e d 1200r /m i n ,l o a d 392N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a ge 5g /L M g -A l -N O 3N i -A l -N O 3C o -A l -C O 312.917.322.35.014.726.1[36]G e a r e x p e r i m e n t ,l o a d 45N ,r o t a r y s p e e d 2800r /m i n ,r u n t i m e 10h ,d o s a g e 10g /L N i -M g -A l -C O 3C u -M g -A l -C O 310.68A i r c o m p r e s s o r e x p e r i m e n t ,a f t e r t h ea i r p r e s s u r er i s e s t o20k P a ,r u n t i m e 30m i n ,d o s a g e 10g /L N i -M g -A l -C O 3C u -M g -A l -C O 34.13.8[44]P i nd i s c t e s t ,s p e e d 0.5m /s ,l o a d10N ,r u nd i s t a n c e450m ,d o s a g e 0.5%(m a s s f r a c t i o n )M g -A l -C O 3Z n -A l -C O 3Z n /M g -A l -C O 339261859296[45] N o t e :F C D -f r i c t i o n c o e f f i c i e n t d e c r e a s e ;A P I -a n t i w e a r p e r f o r m a n c e i m pr o v e m e n t . 从摩擦实验结果反推得出水滑石中C o2+可能处于低自旋态,符合第(1)种离子半径排序㊂但通过分析各类水滑石晶胞参数a 值,发现R 2+/R 3+同为2ʒ1条件下,C o -A l -L D H (0.307~0.309n m )高于Z n -A l -L D H (0.306n m ),M g-A l -L D H (0.305n m ),N i -A l -L D H (0.304n m ),说明C o 2+处于高自旋态,第(2)种离子排序符合实际晶体结构㊂分析认为,在水滑石合成过程中,部分C o 2+被氧化为C o3+,相当于增加了x 值,对摩擦性能会产生积极作用,这解释了C o -A l -L D H 中C o 2+半径最大㊁但摩擦性能最优(理论上应该最差)的特殊存在㊂以上分析表明,二价阳离子半径是影响摩擦性能的重要因素之一㊂R 3+/R 2+也是影响摩擦性能的重要因素之一㊂由于A l 3+半径小于二价阳离子半径(表1),根据式(1),(2),x 值提升,则a 值变小,q c 和表面电位提高,水滑石减摩抗磨性能提高㊂从结构强度上分析,由于A l O H 键强高于M gO H ,因此适当提高x 值也可提升结构强度,进而增强水滑石摩擦承载能力㊂S u n 等[46]开展M g-A l -C l -L D H 四球摩擦实验(G B /T3142润滑剂承载能力的测定(四球法)),结果充分验证上述论断㊂M g/A l =2ʒ1(x =0.33)水滑石在添加量为0.25%(质量分数,下同)时,最大无卡咬负荷P B 值高达598N ,而M g/A l =4ʒ1(x =0.20)水滑石需添加至0.5%时,P B 值才能达到598N ,说明M g /A l =2ʒ1(x =0.33)水滑石摩擦承载能力要显著优于M g/A l =4ʒ1(x =0.20)水滑石㊂水滑石润滑材料结构中的三价阳离子主要是A l3+,由于稀土元素化合物具有良好的减摩抗磨性能,研究人员利用C e 3+,L a 3+替代A l3+,希望获得更好的摩擦性能㊂X R D 结果表明,大半径稀土元素(表1)进入水滑石晶格后,导致晶格发生一定畸变(a值增大),结晶度下降[29,47]㊂根据式(1),(2),a 值增大使得表面电荷密度下降,会对摩擦性能带来不利影响㊂关于稀土掺杂水滑石摩擦性能实际评价,实验数据积累尚不丰富,但总体上与未掺杂样品并没有显著差异㊂从经济性角度考虑,通过这种技术路线提升摩擦性能并非优化选择㊂综上,关于水滑石润滑材料的合成,在考虑原子经济性㊁晶体结构完整性等基础上,应选择小半径㊁与 O H 键强较高的二价㊁三价阳离子以及设计较大的x 值㊂3 层间阴离子对水滑石摩擦性能的影响水滑石层间阴离子包括无机酸阴离子与有机阴离5第49卷第5期水滑石作为润滑油(脂)添加剂的摩擦性能及其影响因素子㊂无机酸阴离子主要为N O -3,C O 2-3,B 4O 2-7,C l -等,其中以C O 2-3,N O -3最为常见㊂有机阴离子包括醋酸根(A c e )㊁十二烷基苯磺酸根(D S)㊁十二烷基磺酸根(S D S O )㊁十二烷基硫酸根(S D S )㊁月桂酸根(L A )㊁丁二酸根(S A )㊁二丁基磷酸酯(D B P )㊁二异辛基磷酸酯(O B P )等㊂马立民等[32]研究了一系列不同阴离子的C o -A l -L D H 的摩擦性能,结果表明,N O -3减摩抗磨性能最优,C l -次之,C O 2-3最差,摩擦性能刚好与无机阴离子与板层间相互作用能大小顺序(C O 2-3>Cl ->N O -3)[48]相反㊂孙伟超[46]比较了M g -A l -C l -L D H 与M g -A l -C O 3-L D H 的摩擦性能,前者的P B 值与磨斑直径均优于后者,摩擦性能与文献[32]一致(表3[29-30,32-33,37,39,46-47])㊂分析认为,无机阴离子与板层间相互作用能越小,与层板的连结强度越弱,水滑石层间距越大㊂通过X R D 数据可知,(001)方向的d 值排序为C O 2-3(0.75n m )<C l -(0.76n m )<N O -3(0.87n m )㊂在一定范围内,较大的层间距更易于摩擦过程中层板间的滑动,进而表现出良好的减摩抗磨性能㊂表3 不同阴离子水滑石减摩抗磨性能T a b l e 3 F r i c t i o n r e d u c t i o na n da n t i w e a r p e r f o r m a n c e o f d i f f e r e n t a n i o nL D HE x pe r i m e n t a l c o n d i t i o n L D HF C D /%A P I/%R e f e r e n c e S R V -1f r e t t i n g f r i c t i o n e x p e r i m e n t ,r u n t i m e 60m i n ,v i b r a t i o n f r e q u e n c y 25H z ,l o a d 150N ,d o s a ge 0.1%(m a s sf r a c t i o n )C o -A l -C O 3C o -A l -C l C o -A l -N O 3C o -A l -A c e C o -A l -D S A F *=0.140A F =0.117A F =0.103A F =0.122A F =0.105WV *=33ˑ104μm 3WV=23ˑ104μm 3WV=2.5ˑ104μm 3WV=27ˑ104μm 3WV=2.5ˑ104μm 3[32]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s pe e d1200r /m i n ,l o a d147N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a g e 0.25%(m a s sf r a c t i o n )Mg -A l -C O 3M g-A l -C l P B =549NP B =598N25.437.7[46]B a l l d i s c t e s t ,r u nt i m e30m i n ,f r e q u e n c y 25H z ,l o a d200N ,d o s a ge 1%(m a s sf r a c t i o n )N i -A l -C O 3N i -A l -D B P N i -A l -O B PT h i r d S e c o n d F i r s tWV=300ˑ104μm 3WV=4.2ˑ104μm 3WV=3.4ˑ104μm 3[33]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s pe e d1200r /m i n ,l o a d392N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a g e 5g /L M g -A l /C e -C O 3M g-A l /C e -L A M g-A l /C e -S A 27.244.727.215.930.216.7[29]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s pe e d1200r /m i n ,l o a d392N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a g e 5g /L M g -A l /L a -C O 3M g-A l /L a -S D S 16.226.112.916.5[47]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s p e e d1200r /m i n ,l o a d392N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a g e 10g /L C o -A l -C O 3C o -A l -SD S49.150.733.117.9[39]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s p e e d1200r /m i n ,l o a d392N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a ge 10g /L M g -A l /C e -C O 3M g-A l /C e -S D S M g-A l /C e -S D S O 45.1534.520.8931.616.95.1[37]F o u r b a l l t e s t ,r o t a r y s p e e d1200r /m i n ,l o a d392N ,r u n t i m e 60m i n ,d o s a g e 5g /L N i -A l -N O 3N i -A l -L A 17.39.614.721.2[30] N o t e :A F -a v e r a ge f r i c t i o n c o e f f i c i e n t ;WV -w e a r v o l u m e . 与无机阴离子相比,有机阴离子插层后,与水的润湿接触角变大,客观上起到了对水滑石表面有机改性的作用,且层间距增大也有助于减摩㊂研究发现[32],醋酸根阴离子㊁十二烷基磺酸根阴离子插层C o -A l -L D H 在有机介质的分散稳定性优于无机阴离子,并将层间距增加至1.26n m 和2.49n m ,远高于无机阴离子㊂但短碳链的醋酸根(C 1)C o -A l -L D H 摩擦性能较差,尚不及C o -A l -C l -L D H ,而长碳链的十二烷基苯磺酸根(C 18)C o -A l -L D H 摩擦性能很好,与C o -A l -N O 3-L D H 相近(无机阴离子中最优者)㊂巴召文等[33]发现,长碳链(C 8)的二异辛基磷酸酯插层N i -A l -L D H的摩擦性能优于短碳链(C 4)的二丁基磷酸酯阴插层N i -A l -L D H ㊂L i 等[29]发现,月桂酸根(C 12)插层M g-A l -L D H 摩擦性能优于丁二酸根离子(C 4)插层M g-A l -L D H (表3)㊂分析认为,不同长度碳链有机酸阴离子插层水滑石的摩擦性能差异,主要归因于有机阴离子的承载能力和空间位阻效应[32]㊂短碳链离子自由度高㊁易于变形㊁承载力差;长碳链离子可通过碳链的缠结提高承载能力,同时空间位阻效应明显,更利于在润滑油脂中稳定分散,因此长碳链有机阴离子插层后,水滑石的减摩抗磨性能一般都优于插层短链有机阴离子㊂实验数据表明,长碳链有机阴离子水滑石与无机阴离子(C O 2-3,N O -3等)相比,虽可稍提高减摩抗磨性能(也有部分降低的情况[30,37])(表3),但其插层过程复杂㊁投入产出不成正比㊂因此,完全可以通过对无机阴离子水滑石的表面有机改性来获得较好的分散稳定15材料工程2021年5月性,进而提升摩擦性能㊂如王振宇[39]利用s pa n 60对C o -A l -C O 3-L D H 进行有机改性,降低摩擦因数49.1%,提高抗磨性能33.1%㊂与十二烷基硫酸根插层后的C o -A l -L D H 相比,减摩性能相近,抗磨性能高出近一倍(表3)㊂综上,为提高水滑石在润滑介质中的分散稳定性和层间滑动能力,在原料允许条件下,层间阴离子宜选择与层板作用能较小的无机阴离子或长碳链有机阴离子㊂利用合适的表面活性剂对水滑石进行表面有机化改性,可规避因插层有机阴离子增加的复杂工艺过程㊂4 水滑石结晶度对摩擦性能的影响对比研究发现,结晶度(晶体结构完整性及晶体发育情况)也是影响水滑石摩擦性能的一个重要因素(表4[27,34,36-39])㊂张天广[37]利用成核晶化隔离法制备了系列M g -A l /C e -C O 3-L D H ,通过四球摩擦实验,发现结晶度最高的M g -A l /C e -C O 3-L D H 样品减少摩擦因数45%,降低磨斑直径31.6%,优于其他样品;长碳链阴离子(十二烷基硫酸根㊁十二烷基磺酸根)插层后的M g -A l /C e -C O 3-L D H ,尽管层间距大幅增加,但插层造成结晶度下降,导致摩擦性能下降(表3)㊂W a n g等[34]利用微乳液法制备的N i -A l -C l -L D H ,平均尺寸约为19.42n m 宽,8.59n m 厚,晶体未得到充分发育,结晶度较低,仅降低摩擦因数10%(接触应力2.16G P a ,与四球摩擦接触应力处于同一数量级),远低于大粒径㊁结晶度较高的N i -A l -L D H 四球摩擦实验结果㊂该研究同时发现,合成的24h 样品的摩擦性能较6h 样品更为稳定,这也主要归因于结晶度的提高㊂由于成核晶化隔离法㊁水热合成法采用高温(100~150ħ)及高压(>1M P a)的结晶条件,结晶时间通常也要高于共沉淀法,因此其制备的水滑石结晶度高于共沉淀法,摩擦性能也好于共沉淀法㊂表4 水滑石结晶度对减摩抗磨的影响T a b l e 4 E f f e c t o f c r y s t a l l i n i t y ofL D Ho n f r i c t i o n r e d u c t i o na n da n t i w e a r p e r f o r m a n c e L D HP r e pa r a t i o nm e t h o d C r ys t a l l i z a t i o ns i t u a t i o n F C D/%A P I/%R e f e r e n c e M g -A l /C e -C O 3N u c l e a t i o na n dc r ys t a l l i z a t i o n i s o l a t i o n F i r s tS e c o n d T h i r d45.1533.0235.9831.618.818.6[37]N i -A l -C l M i c r o e m u l s i o nW i d t h19.42n m ,t h i c k8.59n mʈ10[34]M g -A l -C O 3H y d r o t h e r m a l s y n t h e s i s A v e r a g e p a r t i c l e s i z e 350n m 31.430.3[36]C o -A l -C O 3H y d r o t h e r m a l s y n t h e s i s C r y s t a l l i n i t y 92.8%,pa r t i c l e s i z e 150-200n m 49.133.1[39]N i -A l -N O 3C o p r e c i p i t a t i o n L o wc r y s t a l l i n i t y (X R Dr e s u l t )pa r t i c l e s i z e 40-60n m 17.314.69[27]M g -A l -N O 3C o p r e c i p i t a t i o n L o wc r y s t a l l i n i t y (X R Dr e s u l t )pa r t i c l e s i z e 50-70n m 14.41.73[38] 分析认为,水滑石在高达近千度摩擦闪温的持续作用下,会出现因结构破坏而带来的承载失效问题㊂结晶度的提高在一定程度上可增强水滑石结构强度与承载能力,有利于提高摩擦性能㊂但片面追求结晶度,也会造成晶粒尺寸增大,恶化颗粒在润滑油脂中的分散稳定性,因此应适当提高结晶度,同时注意控制晶粒尺寸在100n m 以内㊂5 水滑石减摩抗磨机理探讨研究表明,水滑石作为润滑油脂添加剂,能够有效防止基础油氧化,消除硫酸盐对摩擦表面的腐蚀[36]㊂摩擦表面出现富碳层㊁富氧层㊁水滑石金属离子氧化物及铁氧化物[33,36,45],形成自修复膜层,厚度约100~200n m [45],摩擦表面特征与层状硅酸盐矿物作用后的摩擦表面相似㊂借鉴蛇纹石㊁凹凸棒石等矿物减摩抗磨机理研究结论[11,49-50],分析认为,水滑石㊁润滑油脂和金属摩擦表面三者组成的摩擦系统,在摩擦过程中发生了复杂物理㊁化学反应,建立了正向积极的相互作用反馈机制㊂本质上是依靠摩擦能量,激发水滑石自身结构与功能属性,起到优化润滑系统㊁强化金属摩擦表面㊁提升摩擦副配合度的三重作用,客观上表现为降低摩擦副摩擦因数与磨损率㊂图1为水滑石减摩抗磨机理示意图㊂水滑石以润滑油脂为载体,进入到金属摩擦副间,在水滑石微纳颗粒高表面活性及表面正电荷的驱动下,自发吸附于金属摩擦表面,尤其是活性较高㊁存在丰富离域电子的新鲜磨损表面㊂在摩擦应力作用下,发挥层间连结弱㊁易25第49卷第5期水滑石作为润滑油(脂)添加剂的摩擦性能及其影响因素图1 水滑石减摩抗磨机理示意图F i g .1 S c h e m a t i c d i a gr a mo f f r i c t i o n r e d u c t i o na n d a n t i w e a rm e c h a n i s mo fL D H 于滑动的特征,避免金属/金属直接接触导致的刮犁㊁黏着㊁焊接等现象,使接触区域发生一定的塑性变形,降低凸部,弥补凹部,降低摩擦表面粗糙度,增加摩擦副实际接触面积,使摩擦副处于优良的耦合状态㊂摩擦表面反复的塑性变形,促进表面纳米晶的形成,并形成由表及里晶粒逐渐增大的梯度结构㊂水滑石在摩擦热作用下,脱除羟基并释放高活性氧,通过表面大量的纳米晶界,高活性氧渗透到内部,形成金属氧化物纳米颗粒弥散于金属中的二元复合结构㊂水滑石表面丰富的L e w i s 酸位与B r o n s t e d 酸位对润滑油脂裂解起到催化作用,促进了石墨化物质沉积摩擦表面,光洁表面也为承接的石墨化物质提供优良反应场所,避免因粗糙导致的表面物质剥离,确保摩擦能量长期作用于石墨化物质,进而形成硬质类金刚石膜(D L C )㊂晶粒梯度结构㊁金属/金属氧化物复合结构及硬质类金刚石膜显著提高了表面硬度与弹性模量㊂摩擦副光洁表面㊁晶粒梯度结构㊁金属/金属氧化物复合结构及硬质类金刚石膜优化了摩擦副摩擦学状态,良好的摩擦学状态为润滑油脂保持高品质奠定了重要基础㊂可以推断,在摩擦副表面,由于摩擦接触应力的差异,存在着不连续的强化区域及不同强化程度的区域㊂6 总结与展望水滑石微纳粉体作为无机润滑材料,对铁基金属摩擦副具有一定的减摩抗磨功效,具备成为一种新型工业润滑材料的潜力㊂为获得较佳摩擦性能,应首先做好水滑石结构成分设计㊂宜选用小半径二价阳离子㊁相互作用能较小的无机阴离子㊁适当增大x 值;应选择水热合成等制备方法,调控水滑石合成条件,获得良好结晶度,并控制晶粒尺寸在100n m 以内;通过表面有机化改性,可显著提高水滑石在润滑油中的分散稳定性,总体效果优于有机阴离子插层;以天然矿产资源㊁固体废弃物(如菱镁矿㊁三水铝石㊁赤泥等)作为制备水滑石的原材料,并通过优化工艺达到预期摩擦性能,是水滑石润滑材料低成本制造与规模化推广应用的重要基础㊂目前水滑石润滑材料尚无在工业设备摩擦副上的应用案例,开展大样本㊁长周期的工业设备摩擦实验非常必要,既可充分验证水滑石润滑材料的安全性㊁适用性㊁有效性,也能探索出工业应用的边界条件,如在不同类型工业润滑系统上的应用量㊁应用时机及工况条件控制措施,明确水滑石解决各类摩擦磨损问题的适用范围,制定水滑石工业应用效果评价方式㊂润滑油脂中进水是导致油品劣化的重要原因,而水滑石中的结构水㊁结晶水含量较高,且在较低温度下(400ħ以下)会脱除,会对油品造成不利影响,应对此开展深入研究并做出定量评价㊂水滑石减摩抗磨机理认识尚不完善,应重点研究水滑石与润滑系统各物质(包括摩擦表面和润滑油脂)的交互作用中间过程㊁摩擦表面理化性质与晶体结构的演进规律㊁水滑石物质属性及长期摩擦条件下结构性能的变化等基础性问题㊂参考文献[1] 李长明,何杉,卫敏,等.水滑石前体法制备金属催化材料的研究进展[J ].中国科学:化学,2016,46(4):333-341.L I C M ,H ES ,W E IM ,e t a l .T h e r e c e n t a d v a n c e i n t h em e t a l c a t a -l y s t d e r i v e d f r o mh 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《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。

水滑石类化合物及其在腐蚀防护应用中的研究进展

水滑石类化合物及其在腐蚀防护应用中的研究进展陈君;张勤勇;宋影伟;单大勇;韩恩厚【摘要】水滑石类化合物是一种具有特殊层状结构的黏土材料，在许多领域都有广泛的应用。

文章综述水滑石的性质特点、主要制备方法的优缺点，介绍其作为耐腐蚀材料的研究进展，重点介绍水滑石膜的原位生长方法及其在镁合金腐蚀防护方面的应用，并展望了水滑石膜的发展方向。

%Hydrotalcite-like compounds ( HTs) are a class of clay material with a special layered structure , which is used widely in many areas .This paper reviews the properties of HTs and the merits and drawbacks of the synthetic methods .The latest progress of the application as anti -corrosion conversion coatings isintroduced .Emphasis on the in situ growth method of HTs and the application in corrosion protection of magnesium alloys isdiscussed .Finally, the possible way of future study on HTs films is proposed .【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P64-69)【关键词】水滑石;制备方法;腐蚀防护【作者】陈君;张勤勇;宋影伟;单大勇;韩恩厚【作者单位】西华大学先进材料及能源研究中心，四川成都 610039;西华大学先进材料及能源研究中心，四川成都 610039;中国科学院金属研究所材料环境腐蚀中心，辽宁沈阳110016;中国科学院金属研究所材料环境腐蚀中心，辽宁沈阳110016;中国科学院金属研究所材料环境腐蚀中心，辽宁沈阳110016【正文语种】中文【中图分类】TQ132.2;TQ133.1水滑石是一种非常有应用价值的无机材料，其化学式为Mg6Al2(OH)16CO3·4H2O，结构与水镁石Mg(OH)2(Brucite) 相类似，由MgO6八面体共用棱构成单元层，层上的部分Mg2+被Al3+同晶取代。

水滑石作为缓蚀剂的优点及其制备与表征

抑制发生于这一界面上的腐蚀反应。此外，与表面时具有物理屏蔽和阴极保护的环氧涂层。相关的基底金属表层，以及环境介质中能影响到介１．３水滑石概述质／金属界面的物质，都是发展防腐技术应关注的对１．３．１水滑石简介象，他们也都直接或间接地影响到界面上的腐蚀过１８４２年水滑石（ｈｙｄｒｏｔａｌｃｉｔｅ，简称ＨＴ）发现于瑞
两者却是非常的耐蚀。其原因是它们的表面能自发殊，被广泛应用于吸附、催化、功能高分子材料等领地形成一层具有保护性的氧化膜，使它们钝化。因域，在防腐领域的应用极少。类水滑石层板离子不此，从动力学的角度看，镁合金的表面无法自发地形同，呈现出不同的颜色，比如：Ｍｇ — Ａｌ水滑石是白色成具有保护性的表面膜，是镁合金低耐蚀性的根本的；Ｎｉ — Ａ１水滑石是绿色的；插入钒酸盐的水滑石是
原因。
黄色的。而且水滑石有离子交换的性能，所以本论既然腐蚀是材料表面的化学行为，防腐核心就文将具有缓蚀作用的钼酸盐阴离子采用共沉淀法直应该是改变镁合金与环境介质间的界面。从热力学接插人水滑石层间，合成了Ｍｇ — Ａｌ一［ＭｏＯ１。一水滑石前上降低这一界面的能量，从动力学上增大界面上反驱体，基于水滑石对氯离子的吸附和钼酸盐缓蚀剂应所需的阻力或活化能，这样才能最直接最有效地的释放，将其作为片状颜料，在镁合金表面制备了同

《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、引言随着科技的不断进步，人们对环保、安全的材料需求日益增加。

稀土类水滑石作为一种新型的阻燃剂，具有优良的阻燃和抑烟性能，被广泛应用于聚合物材料的改良中。

聚乳酸作为一种绿色环保的生物可降解塑料，在医疗、包装、汽车等领域有广泛的应用前景。

然而，聚乳酸在应用过程中，由于缺乏有效的阻燃性能，易发生火灾，这极大地限制了其应用范围。

因此，如何提高聚乳酸的阻燃和抑烟性能成为当前研究的热点。

本文将就稀土类水滑石的制备及其在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用进行研究。

二、稀土类水滑石的制备稀土类水滑石是一种具有层状结构的复合氧化物，具有良好的阻燃和抑烟性能。

本文采用共沉淀法制备稀土类水滑石。

具体步骤如下：1. 按照一定的比例将稀土元素和镁、铝等元素溶于去离子水中，形成混合溶液。

2. 在搅拌条件下，向混合溶液中加入适量的碱性物质，使溶液的pH值达到一定值，形成沉淀。

3. 将沉淀进行过滤、洗涤、干燥等处理，得到稀土类水滑石。

通过上述步骤，我们成功制备了稀土类水滑石。

在制备过程中，我们可以通过调整稀土元素和镁、铝的比例，以及控制溶液的pH值等条件，来控制水滑石的组成和结构，从而优化其阻燃和抑烟性能。

三、稀土类水滑石在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用研究将制备好的稀土类水滑石与聚乳酸进行复合，通过熔融共混法制备出含稀土类水滑石的聚乳酸复合材料。

通过热重分析、极限氧指数测试、垂直燃烧测试等方法，研究复合材料的阻燃和抑烟性能。

实验结果表明，添加稀土类水滑石后，聚乳酸复合材料的阻燃和抑烟性能得到了显著提高。

这主要归因于稀土类水滑石在高温下能够释放出具有阻燃和抑烟作用的物质，同时其层状结构也有助于提高材料的阻隔性能。

综上所述，稀土类水滑石作为一种新型的阻燃剂，在聚乳酸中具有良好的应用前景。

四、结论未来我们将继续深入对稀土类水滑石的研究，探索其在聚乳酸及其他聚合物材料中的最佳应用方法，以实现更优的阻燃和抑烟效果。

水滑石对EVA阻燃及力学性能的影响论文

水滑石对EVA阻燃及力学性能的影响论文水滑石对EVA阻燃及力学性能的影响论文乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)具有良好的耐冲性和耐应力开裂性，在较宽温度范围内有良好的柔韧性，在日常生活中应用相当广泛，但其氧指数仅为19，极易燃烧，且燃烧产物含有一氧化碳，所以对其进行阻燃研究一直是个热门课题[1-3]。

目前我国常用的阻燃剂有卤系阻燃剂和无机阻燃剂，由于卤系阻燃剂燃烧时会释放大量烟雾和有毒气体，目前已逐渐被限制使用。

无机系阻燃剂具有安全性好、无毒、对环境影响小、应用面广且原料丰富等优点，在市场上所占份额日益增加[4]。

氢氧化铝与氢氧化镁是无机系阻燃剂中用量最大的两种[5]，Mg(OH)2是一种添加型高抑烟阻燃剂,具有很好的抑烟效果，但其在有机材料中的分散性和相容性较差，无法直接用作阻燃剂[6]；而铝化合物阻燃剂必须经过大量的填充，才能起到阻燃效果，从而影响了材料的力学性能[4]。

水滑石是一种层柱状双金属氢氧化物（简称LDHs），既兼具了Mg(OH)2和Al(OH)3的优点，又客服了各自的不足[7]。

LDHs层间含有CO32-和结晶水，层板上有大量羟基，添加到聚合物中的镁铝水滑石阻燃剂受热分解时，放出的二氧化碳和水能稀释可燃气体浓度并隔绝氧气的进一步侵入，从而减弱火势，达到阻燃的目的[8]。

而分解产生的MgO和Al2O3可形成隔热层；同时受热分解时吸收大量的热量，降低燃烧体系的温度。

由此可见，LDHs具有阻燃、消烟、填充等多种功能，是一种发展前途广阔的阻燃剂新品种[9]。

本文主要通过微波晶化法合成含有不同层间阴离子插层组装的锰镁铝水滑石，与EVA混合制备水滑石含量分别为5%和20%的复合材料，并对复合材料进行阻燃性能和力学性能的测定。

1实验部分1.1微波晶化插层法制备锰镁铝水滑石称取5.8g硬脂酸于加入100mL蒸馏水的四口瓶中，在70℃、氮气保护条件下溶解。

待完全溶解后，用10mL1.0molL-1的Al(NO3)3，39.5mL1.0molL-1的Mg(NO3)2及1.0mL0.5molL-1的Mn(NO3)2的混合溶液进行滴定，控制滴定速率，使其约1h完成，最后用1.2molL-1的NaOH溶液调节pH值为7~8。

水滑石特点及应用

水滑石特点及应用水滑石是一种矿石，化学组成为Mg3Si4O10(OH)2，属于层状硅酸盐矿物。

以下将详细介绍水滑石的特点及应用。

水滑石的特点：1. 物理性质：水滑石的颜色通常为白色、灰色或淡绿色，具有毛细状、致密、半金属光泽等特点。

其薄片透明或半透明，有完整的解理。

水滑石具有软度较低的特点，其莫氏硬度为1-2。

2. 化学性质：水滑石是一种含水层状硅酸盐，含有结晶水。

其化学性质稳定，可以耐受酸碱侵蚀。

在强酸溶液中会腐蚀，但在常温下能够在稀酸和碱中保持较好的稳定性。

3. 纤维结构：水滑石的结晶结构类似于云母矿物，由硅氧四面体和镁离子层构成，在层与层之间存在着水分子或氢氧根离子。

这种结构使得水滑石具有优异的吸附性能和耐高温特性。

水滑石的应用：1. 塑料工业：水滑石广泛用于塑料工业中，可用作增强填充剂。

水滑石的物理性质使其在塑料制品中能够增强刚度、硬度和耐热性，同时改善塑料的表面光泽和抗冲击性能。

2. 涂料和油墨工业：水滑石可以增加涂料和油墨的流动性、延展性和光泽度，提高涂膜的平滑性和遮盖力。

此外，水滑石还可以用作填料，增加涂料和油墨的体积，降低成本。

3. 建筑材料：水滑石可以用于制造各种建筑材料，如水滑石纸、水滑石板、水滑石瓦等。

水滑石纸可用于墙面装饰、地板铺装等，具有隔音、保温、耐火等特点。

水滑石板和水滑石瓦则可用于室内外装饰和屋面覆盖。

4. 橡胶工业：水滑石可以作为橡胶填料，用于改善橡胶的流动性、强度和耐磨性。

此外，水滑石还可以用于橡胶制品的增白和增加体积，提高产品质量和降低成本。

5. 化妆品和药品工业：水滑石可用于化妆品和药品的生产中，作为吸附剂、稳定剂、流变剂等。

其优异的吸附性能使其能够吸附和稳定化妆品和药品中的活性成分，提高产品的稳定性和效果。

6. 食品工业：水滑石可以作为食品添加剂和吸附剂使用。

作为食品添加剂，水滑石可以提高食品的流动性、抗结块性和稳定性。

作为吸附剂，水滑石可以吸附和去除食品中的杂质和有害物质，提高食品的质量和安全性。

水滑石结构性能与制备方法研究综述

水滑石结构性能与制备方法研究综述水滑石结构性能与制备方法研究综述摘要：水滑石化合物(LDH)是一类阴离子层状化合物，具有碱性和酸性特征、层间阴离子的可交换性、微孔结构和记忆效应。

本文简单介绍了LDH材料的结构、性能及主要的制备方法，并比较了各种制备方法的优缺点，同时基于水滑石以上的特征对水滑石作为多功能材料的制备进行简单的阐述。

关键词：层状双金属氢氧化物；水滑石；硅烷改性；制备方法一.前言：水滑石类化合物包括水滑石(Hydrotalcite，HT)和类水滑石(Hydrotalcite一LikecomPounds，HTLcs)，其主体一般由两种金属的氢氧化物构成，又称为层状双金属氧化物(LayeredDoubleHydroxide，LDH)。

水滑石的插层化合物称为插层水滑石。

水滑石、类水滑石和插层水滑石统称为水滑石类插层材料(LDHs)[1]。

由于水滑石自身的特点赋予了其潜在的应用性能，激发了大量的科研工作者研究兴趣，主要涉及水滑石结构特征的探知，不同类型水滑石的制备、水滑石的不同制备方法及水滑石的改性等。

由于有关水滑石的结构、性能、制备方法等没有较统一的研究与分析，不利与有关水滑石的更深层次的研究，同时也降低了科研效率。

基于有关水滑石研究的这些缺陷，本文对水滑石的结构特征、制备方法、性能探测等方面进行了较为深刻的介绍及对比分析，为科研工作者研究有关水滑石材料的结构、性能、特别是作为催化材料大范围的应用研究提供了理论基础指导的便利。

二.水滑石晶体结构特征LDHs是由层间阴离子及带正电荷层板堆积而成的化合物。

LDHs 的化学组成可以理想的表示为：[M2+1-x M3+x(OH)2]x+(A n+)x/n·mH2O]，其中M2+和M3+分别为位于主体层板上的二价和三价金属阳离子，如Mg2+、Ni2+、Zn2+、Mn 2+、Cu 2+、Co 2+、Pd 2+、Fe 2+等二价阳离子和A13+、Cr 3+、Co3+、Fe3+等三价阳离子均可以形成LDHs；A n+为层间阴离子，可以包括无机阴离子、有机阴离子、配合物阴离子和杂多阴离子；x为M3+/(M2++M3+)的摩尔比值，大约是1/5-1/3；mH2O 为层间水分子的个数[2，3]。

《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、引言随着科技的发展和人们对生活品质要求的提高，环保型材料的应用日益受到重视。

其中，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、汽车等领域。

然而，PLA的阻燃性能和抑烟性能较差，限制了其在某些领域的应用。

因此，研究如何提高PLA的阻燃和抑烟性能具有重要意义。

稀土类水滑石作为一种新型的阻燃剂，具有优异的阻燃和抑烟效果，其制备及其在PLA中的应用研究具有重要的理论和实践价值。

二、稀土类水滑石的制备1. 材料与试剂制备稀土类水滑石所需的材料包括稀土氧化物、铝源、碱等。

所有试剂均为分析纯，使用前未经进一步处理。

2. 制备方法采用共沉淀法制备稀土类水滑石。

首先，将稀土氧化物与铝源分别溶解在去离子水中，形成稀土盐溶液和铝盐溶液。

然后，将碱溶液滴加到稀土盐溶液中，同时搅拌并控制pH值。

接着，将铝盐溶液缓慢滴加到上述混合液中，继续搅拌并老化一定时间。

最后，经过离心、洗涤、干燥等步骤得到稀土类水滑石产品。

三、稀土类水滑石在聚乳酸中阻燃、抑烟的应用研究1. 阻燃性能研究将稀土类水滑石与PLA按一定比例混合，制备出含不同浓度稀土类水滑石的PLA复合材料。

采用极限氧指数（LOI）测试和垂直燃烧测试等方法对复合材料的阻燃性能进行评价。

结果表明，随着稀土类水滑石含量的增加，PLA复合材料的LOI值提高，垂直燃烧等级也有所提高，说明稀土类水滑石能有效提高PLA的阻燃性能。

2. 抑烟性能研究采用烟密度测试等方法对PLA及其复合材料的抑烟性能进行评价。

实验结果表明，加入稀土类水滑石后，PLA复合材料的烟密度降低，说明稀土类水滑石具有较好的抑烟效果。

进一步分析表明，稀土类水滑石通过捕捉燃烧过程中产生的活性自由基、促进炭层形成等机制，降低烟气的生成和释放。

四、结论本研究成功制备了稀土类水滑石，并将其应用于PLA中以提高其阻燃和抑烟性能。

水滑石类材料在污染治理中的应用及研究进展

水滑石类材料在污染治理中的应用及研究进展沙　宇1,张　诚1,王显妮2,朱秀华1,王　琦3(1　西北工业大学理学院应用化学系,西安710072;2　陕西省石油化工研究设计院橡胶所,西安710054;3　陕西省气象局陕西省气候中心,西安710014) 摘要水滑石类材料是一类双金属层柱状化合物,因具有特殊的层间离子交换性能和结构记忆效应,在环境污染治理中可作为催化剂、吸附剂和螯合剂,分别用于低温催化还原气态污染物、修复阴离子污染水体和螯合重金属阳离子。

针对国内外研究现状,讨论了水滑石类材料在环境污染治理中的应用及最新研究进展。

具有螯合性能的水滑石类材料有可能发展为一种新的处理重金属污染的水体净化剂。

关键词水滑石类材料　催化作用　吸附作用　螯合作用Study Advance Application of H ydrotalcite2like Compounds in Pollution Control S HA Yu1,ZHAN G Cheng1,WAN G Xianni2,ZHU Xiuhua1,WAN G Qi3(1　Institute of Science,Northwestern Ploytechnical University,Xi’an710072;2　Research Design Institute of Petroleum and Chemical Industry,Xi’an710054;3　Shaanxi Climate Center,Shaanxi Meteorological Bureau,Xi’an710014)Abstract Hydrotalcite2like materials are a kind of layered double compounds with widely application.Because they have specific constitution,most of them are applied as catalyzer,sorbent and chelator in the environment,and for low temperature selective catalyticly deoxidizing gassy pollutants,remedying anion polluted water body and chelating heavy metal cations,respectively.The present paper mainly describes latest researches on application of hydrotalcite2like materials in pollution control at home and abroad.The development of a scavenger which has a function of selective up2 take of heavy metal ions f rom an aqueous solution should be enhanced more.K ey w ords hydrotalcite2like materials,catalysis,sorption,chelation 水滑石(Hydrotalcite)、类水滑石(Hydrotalcite like com2 pounds)和柱撑水滑石(Pillared hydrotalcites)统称为水滑石类材料,是一类由带正电荷层和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层状化合物,又称为层状双氢氧化物(Layered double hy2 droxide,LD H)。

05论文正文-水滑石

05论⽂正⽂-⽔滑⽯前⾔多年来，⾼效⼈⼯模拟制造天然酵素⼀直是各个学科领域的科学家们具有挑战性的课题，天然过氧化物酶在实际应⽤中有很⼤的潜⼒，并且已经应⽤于⽣物化学各个领域。

但是，作为⾃然酶，成本昂贵，具有不稳定的⽣物降解性和极易变性。

因此产⽣了使⽤简单的过氧化物酶模拟与改进稳定性和效率。

⾎红素是天然过氧化物酶的活性中⼼，并且具有过氧化物酶的活性。

与天然过氧化物酶相⽐，⾎红素具有热稳定性并且容易制备成本低。

⾎红素没有显⽰出令⼈满意的活性，主要是因为缺乏天然过氧化物酶存在的肽微环境。

因此通过寻找制成材料为⾎红素提供⽣物相容性和良好的肽微环境以提⾼⾎红素的活性成为科学家的研究⽅向。

随着⼈们对此类研究的深⼊，科学家发现层状双⾦属氢氧化物（LDH）是由相互平⾏的层板组成，层板间带有永久正电荷，层间拥有可交换的阴离⼦以维持电荷的平衡。

这种独特的晶体结构和层间离⼦的可交换性，使其通过离⼦交换可以向层间引⼊不同基团，制备各种功能材料，其催化作⽤尤为突出。

因此层状双⾦属氢氧化物（LDH）通常被⽤作辅助材料装载⾎红素以为其提供良好的肽微环境。

⽽组氨酸、β-环糊精等也具有良好的催化作⽤。

因此，我们尝试将⾎红素与LDH以及组氨酸或β-环糊精组装在⼀起以⽐较其催化效果。

1.⽂献综述1.1层状双⾦属氢氧化物概述层状双⾦属氢氧化物(简称LDHs)主要是指层状镁铝双⾦属氢氧化物，俗称⽔滑⽯，其⾻架是阳离⼦，⽽层间是阴离⼦，佛罗伦萨⼤学的E.Manasse提出⽔滑⽯及其它同类型矿物质的化学式，1942年Feitknecht等通过⾦属盐溶液与碱⾦属氢氧化物反应合成了LDHs，提出了双层结构的设想[1]。

直到1969年Allmann等通过单晶X射线衍射试验测试并确定了LDHs层状结构。

随着⼈们对此类化合物研究的深⼊，科学家发现LDH具有特殊的层状结构、层间距具有可调性，层板内阴离⼦数量与种类的多样性以及与其他材料的⽣物相容性等特性，⼴泛地应⽤于催化反应中[2]。

水滑石光催化材料的制备及其性能研究

北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

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