氢氧化镁的表面改性9.10

6 总结
（1）用KH-151做改性剂时，研究了改性时间对接触角的影响， 在2.5h时接触角达到96.7°，达到了疏水亲油的目的。
（2）用A-1120作为改性剂时，分别以改性时间、偶联剂加 入量、改性温度、搅拌速度作为变量对最优条件进行研究， 得到在改性时间2h、偶联剂加入9%、70℃、搅拌速度 300r/min时接触角相对高。又通过IR、TG、SEM等的表征， IR图谱中有偶联剂的特征吸收峰，证明有一定的改性剂和氢 氧化镁反应，它的表面性质和燃烧温度都有改变，燃烧温度 有一定的提高。
硅烷偶联剂改性氢氧化镁
张伟娜 几点睡啦、、、、 张伟张伟娜娜张伟娜
姓名：张伟娜 指导老师：李祥高 教授 汇报日期：2015年9月12
1 氢氧化镁表面改性的意义
氢氧化镁表面含有大量的酸性亲水基团-羟基, 羟基吸收大量的水分是造成
氢氧化镁“ 团聚” 的原因，一些研究者通过对氢氧化镁的结构分析研究后 认为氢氧化镁表面的氢与氢都处“ 缺电子” 状态而容易形成氢键来增加体
下图是在50℃，搅拌速度300r/min,加入硅烷偶联剂 的量为干氢氧化镁质量的5%，分别在1.5h、2h、2.5h、 3h下制得的改性氢氧化镁。
100 95 90
a
b
contact angle/°
85 80 75 70 65 60 55 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
500
wavenumbers/cm-1
上图中a为未改性的氢氧化镁，b为A-1120改性氢氧化镁
（2）扫描电镜
a：未改性氢氧化镁
b：未改性氢氧化镁
c：A-1120改性氢氧化镁 d：A-1120改性氢氧化镁 （70℃，加入量9%，2h，600r/min) （70℃，加入量9%，2h，600r/min)
（3）热重
下图所示是改性氢氧化镁的热重分析。
1.00
0.95
未改性氢氧化镁 A-1120改性氢氧化镁
0.90
weight/%
0.85
0.80
0.75
0.70
0.65 100 200 300 400 500 600
temperature/℃
从图中得出为改性氢氧 化镁的分解温度范围为 368℃到413℃，分解了 21.02%；而改性氢氧化 镁的分解是从379℃到 420℃，分解了20%比不 改性的氢氧化镁的分解温 度要高，这是里面的有机 物的碳化引起的。这证明 氢氧化镁和改性剂发生了 反应。
随着改性剂的加入接触 角在不断增大，当增加到 9%时达到最大，这时改 性剂的覆盖量达到最大， 如果再加入改性剂有可能 在表面形成物理吸附，可 能会有一部分亲水基朝向 外亲油性就会减小，接触 角就会下降。所以选择加 入量为9%。
contact angle/°
6.3 改性温度对接触角的影响
下图是在改性剂加入量为9%，反应2h，300r/min的条件下以温度为变量研究 了温度对接触角的影响。
干法改性 表面化学改 性 湿法改性 在线改性
表面改性方 法 胶囊化改性
常用的表面改性剂主要包括：表面改性剂，有机磷酸酯， 偶联剂，高分子包覆剂
3 硅烷偶联剂湿法改性氢氧化镁的步骤
氢氧化镁粉末 A-1120 氢氧化镁粉末 氢氧化镁粉末 氢氧化氢氧化 镁粉末 A-1120 镁粉
以乙醇为溶剂配置成 10wt%的溶液 以95%乙醇为溶剂配 以乙醇为溶剂配置成 置成 10wt%的溶液
2930 2850 1630 1410 1040 494
3440 3690
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
3690cm-1和494、1410cm-1是 氢氧化镁中Mg OH 和 Mg O 的振动吸收峰； 1040cm-1处的特征吸收峰表 明改性氢氧化镁中存在链状 结构 Si O Si 在2930和2850cm-1处是 CH 2 的特征吸收峰。
2 氢氧化镁的改性方法
目前普遍使表面化学改性是氢氧化镁最常见的改性方法，包括 干法改性、湿法改性和在线改性。干法改性工艺简单，但改性效 果不理想; 湿法改性效果较好，但存在着改性剂随水流失、成本 上升的问题; 在线改性在粉体制备过程中除了能有效控制其团聚， 还可以缩短工艺流程，节约生产成本。本文是用硅烷偶联剂乙烯 基三乙氧基硅烷（A-151）作为改性剂对氢氧化镁进行湿法改性。
放入四口 烧瓶
在一定转速下反 应
10wt%的溶液
索式抽提
干燥
水洗过滤
干燥
4 硅烷偶联剂湿法改性氢氧化镁的机理
（1）水解
x
R Si
OH
x
+ 3H2O = R
Si OH
OH + 3Hx
x
（2） 缩合
R
OH Si O Si O Si HO HO HO H H H O O O
几点睡啦、、、、 张伟张伟娜娜张伟娜
系的稳定性，微观上表现为氢氧化镁分子之间的相互搭接, ，宏观上就表现
为颗粒之间的“ 团聚” 现象。
氢氧化镁 起阻燃作用时所需添加量较大 且其表面亲水疏油、极性较大, 易 张伟娜 团聚， 使其在高分子基体材料中的相容性和分散性较差，直接导致制品的 几点睡啦、、、、 力学性能严重恶化 ，大大限制了氢氧化镁阻燃剂的使用范围。为了提高氢 氧化镁粉体在高分子基体材料中的相容性和分散性，改善其表面亲油性, 需 要进行表面改性 ， 常用的表面改性剂主要有长链饱和脂肪酸及其盐、不饱 和脂肪酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂等。
52 50 48
46 44 42 40 38 36 50 55 60 65 70 75 80
由左边的图可知温度低 时，接触角也比较小，随 着温度的升高，改性剂水 解程度也越来越完全，所 以和氢氧化镁反应的越来 越多，在70℃时水解是最 多的，温度过高时也不会 使更多的改性剂水解，所 以选择温度70℃。
1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2
contact angle/°
32
time/h
6.2 改性剂加入量对接触角的影响
下图是在70℃，2h，300r/min的条件下以改性剂 加入量为变量研究了改性剂量对接触角的影响。
50
48
46
44
42
5
6
7
8
9
10
11
A-1120%
6 A-1120改性氢氧化镁的研究
分别以改性时间、改性剂加入量、改性温度、搅拌速度为变量研究了A1120改性氢氧化镁的最优条件。
6.1 改性时间对接触角的影响
下图是在70℃，改性剂加入量为5%,搅拌速度为300r/min以改性时间为 变量研究了改性时间对接触角的影响。 44
42
40
38
36
34
由左图可知随着时间的 增加，接触角由小变大， 在2h时接触角达到最大， 然后随着时间的增加接触 张伟娜 几点睡啦、、、、 角在减小，所以选择了2h 张伟张伟娜娜张伟娜 作为改性时间。
temperature/℃
contact angle/°
6.4 搅拌速度对接触角的影响
下图是在70℃，反应2h，改性剂加入量为9%的条 件下以搅拌速度为变量研究了搅拌速度对接触角的 影响。
42
41
40
39
38
随着搅拌速度的增加接 触角也在不断增加，在 600r/min时接触角最大， 搅拌速度再增加接触角反 而减小。所以搅拌速度选 择600r/min。
wenku.baidu.com
张伟娜 R R
OH
基材
3 形成氢键
R
R
R OH
OH Si O Si O Si O O O H H H H H H O O O
基材
4 形成共价键
张伟娜 几点睡啦、、、、 张伟张伟娜娜张伟娜
R O
R O
R Si O
基材
OH Si O Si O
OH
5 A-151改性氢氧化镁的研究
5.1 改性时间对接触角的影响
300 400 500 600 700
contact angle/°
37
stirring rate r/min
6.5 A-1120改性氢氧化镁的表征
（1）红外表征
此图是对在70℃，2h搅拌速度600r/min,A-1120加入量为干氢氧化镁质量分数9% 的条件下得到改性氢氧化镁的红外光谱图。
a b
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
wavenumbers/cm-1
（2）扫描电镜测试
a：未改性氢氧化镁
b：未改性氢氧化镁
张伟娜 几点睡啦、、、、 张伟张伟娜娜张伟娜
c：改性氢氧化镁（50℃， 硅烷加入量5%，2.5小时）
d：改性氢氧化（50℃， 硅烷加入量5%，2.5小时）
3694cm-1是氢氧化镁中 Mg OH 的振动吸收峰 1047和578cm-1处的特征吸收 峰表明改性氢氧化镁中存在 链状 Si O Si 结构 在1132cm-1处出现SiSi-OSi O 的 特征吸收峰。键的特征吸收 峰键
a
张伟娜 几点睡啦、、、、 张伟张伟娜娜张伟娜
b
1132 1047 578 图中a为未改性的氢氧化镁，b为KH-151改性氢氧化镁
c 张伟娜 几点睡啦、、、、 张伟张伟娜娜张伟娜
time/h
d
a、b、c、d分别是反应1.5h、2h、 2.5h、3h对水的接触角
5.2 改性氢氧化镁的表征
（1） 红外表征
此图是对在50℃，搅拌速度300r/min,KH-151加入量为干氢氧化镁质量分数5% 的条件下得到改性氢氧化镁的红外光谱图。