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《浙江大学》 2011年
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纳米碱式氯化镁(BMC)晶须的合成、改性以其在塑料中的应用

李秀悌  
【摘要】:碱式氯化镁(BMC)的化学组成为Mgx(OH)y Clz·mH2O(2x-y-z=0,0≤m≤6),晶体的形貌为针状或纤维状,具有高耐火性,低热传导性、高耐磨性以及优异的机械性能等优点,可用作塑料、橡胶和树脂的填充剂和阻燃剂以及热稳定剂。随着材料科学的突飞猛进,人们对塑料的要求越来越高,然而现阶段塑料填充剂存在着热稳定性能差、力学性能降低以及成本高等缺点,寻找一种高效低成本的热稳定剂和填充剂的愿望越来越迫切。BMC作为填充剂能够有效地提高塑料的力学性能,改善塑料的热稳定性,且成本低,然而,BMC存在着与塑料的相容性较差,且晶须结构不稳定等缺点,亟须改善。 为了深入研究BMC的制备原理,降低制备成本,并改进BMC晶须在塑料中的分散性,从而达到控制制备、降低成本以及纤维增强增韧的作用,本文首先在两种不同的体系(CaO-MgCl2-H2O体系以及以白云岩为原料的CaO/MgO-MgCl2-H2O)中通过水热反应可控合成了BMC晶须,并研究了BMC的结构、形貌、性质等随反应物浓度、摩尔比、水热条件的变化。随后,我们针对BMC晶须的特性,将其经过硅烷偶联剂γ-MPS表面处理后,进行表面接枝改性,最后将表面接枝改性后的g-BMC分别与PVC混合制备了g-BMC/PVC、和ABS、PP熔融共混制备了ABS/PP合金材料,并研究了乙醇/水介质体系、反应时间对晶须形态和悬浮接枝聚合反应的影响以及对PVC热稳定性的影响和ABS/PP合金材料的力学性能和熔融指数等影响。 合成实验结果表明:在CaO-MgCl2-H2O体系以及CaO/MgO-MgCl2-H2O体系中,当氯化镁浓度大于3 mol/L能得到一维BMC,且BMC的长径比随氯化镁浓度和CaO、(CaO+MgO)与MgCl2的摩尔比R的增大而减小。在CaO-MgCl2-H2O体系,R小于0.5时,制备具有高长径比的BMC的最佳条件为[MgCl2]=4 mol/L,R=0.05。水热条件不仅影响着BMC的长径比及有序度,还决定了BMC的合成相:较低温度(≤150℃)下合成的产物为相3或相5,而高温下的产物为相9。以白云岩煅粉为原料的CaO/MgO-MgCl2-H2O体系,R介于0.025-0.075之间可得到一维BMC,直径为50-120 nm。 表面接枝改性实验中,以乙醇/水为反应介质,K2S2O8(KPS)为引发剂的反应条件能够在满足保持BMC晶须形貌的前提下获得较好的MMA接枝效果。最佳反应条件为乙醇/水介质配比为8:2、反应温度82℃、反应时间6 h。此时,BMC晶须形貌很好的被保存下来(经FT-IR、SEM、XRD表征),并且接枝效果较好(接枝效率达到56.1%)。 将表面接枝改性后的BMC晶须材料与PVC熔融共混,能够有效地改善PVC的热稳定性和提高PVC的初始降解温度。随着g-BMC添加量的增加,PVC的白度有所降低。当g-BMC的添加量为2.5%时,PVC的变色时间和刚果红变色时间分别为140 min和204 min。 将表面接枝改性后的BMC晶须材料包覆一层TPE橡胶制成BMC母料添加入ABS中,分别考察BMC母料含量以及BMC母料中BMC含量对BMC填充ABS材料性能的影响。研究结果表明:ABS/BMC复合材料的拉伸强度随着BMC含量的增加而增加,当BMC母料含量为15%,BMC母料中BMC含量为55%左右时有较佳的冲击性能。然后,固定BMC母料与ABS比例不变,将BMC母料、ABS、PP、PP-g-MAH熔融共混获得ABS/PP合金材料,实验分别研究了PP含量、BMC含量对ABS/PP合金材料的影响。研究结果表明:当PP含量为9-10%时BMC填充ABS/PP合金材料有最好的拉伸强度和冲击强度;BMC填料含量对BMC填充ABS/PP合金材料的拉伸强度影响不大,但随其用量增加冲击强度有明显的提高;BMC填充ABS/PP合金材料的熔体流动性能在PP含量10%左右时达到最大,但随BMC含量增加而下降。 本论文不仅提供了一种可控制备BMC的新途径和表面改性的新方法,更拓宽了白云岩的应用领域,拓展了碳酸盐矿物如石灰石等的潜在用途,对完整保存晶须形态的改性方法具有借鉴意义,对BMC的应用研究具有补充发展的作用。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ314.24

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