高分子材料与工程毕业论文.doc

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1、南京林业大学本科毕业设计（论文）提高阻燃剂氢氧化铝失水温度的工艺研究 学 院： 理 学 院 专 业： 高分子材料与工程学 号： 070804103 学生姓名： 狄正洋 指导教师： 阚 春 职 称： 讲 师 二O一一 年 五 月摘要氢氧化铝作为无机阻燃剂中应用最广的一种。它除了具有阻燃、消烟等功能，还有提高高分子材料的尺寸稳定性和改善印刷性能等优点。由于氢氧化铝无味、无毒、低腐蚀，原料来源广，价格低廉，目前消耗量在所有阻燃剂中稳居首位，占阻燃剂总耗量的约45%，占无机阻燃剂总耗量的70%。然而氢氧化铝初始失水温度低的缺陷，大大限制了它的应用领域。因此，研究提高氢氧化铝热稳定性的工艺有着较大的实际

2、应用价值。本文采用硅酸钠对氢氧化铝进行湿法表面改性。采用单因素实验方法，研究了反应温度，反应时间，硅酸钠使用量对改性效果的影响。对样品进行表征分析，得知当九水硅酸钠质量为氢氧化铝质量的5%，反应温度为90度，反应时间为一小时的条件下，样品改性效果最佳。粒径，吸油量，初始失水温度有明显提高。初始失水温度由208度提高到222度。关键词：氢氧化铝 失水温度 硅酸钠 干法改性AbstractAluminum hydroxide as one of the most major inorganic flame-retardant ,also has the advantages of improvin

3、g the dimensional stability of polymer materials and printing performance, besides its functions of eliminating smoke and flame-retardant.Due to its low corrosion aluminum, nontoxic, sources of raw materials wide and low price ,aluminum hydroxides current consumption ranks the first in all of the fl

4、ame retardants , accounting for the total consumption of flame retardants for about 45% and for the total inorganic flame retardants 70% of consumption.However the low temperature of aluminum hydroxides initial dehydration greatly limits its applications.Therefor research of technology to improve th

5、e thermal stability of the aluminum hydroxide has a great practical value.This article apply the sodium silicate into wet-process on the micro-table interface to improve the functions of the aluminum hydroxide .Single factor experiments is used to study the effects of temperature, reaction time,and

6、the amount of the modified sodium silicate on the wet-process.By characterization analysis of samples we can learn that the samples modified best when the quality of sodium silicate equals 5% of that of aluminum hydroxide, the reaction temperature is 90 degrees,and the reaction time is one hour . Pa

7、rticle size oil absorption, the initial dehydration temperature are also increased under the condition.The initial dehydration temperature rise from 208 degrees to 222 degrees. Key words: Aluminum hydroxide,dehydration temperature,sodium silicate.目录第一章：绪论51.1氢氧化铝的简介51.2氢氧化铝的用途51.3阻燃剂的分类61.4国内外阻燃剂使用现

8、状81.5 氢氧化铝的阻燃机理101.6 氢氧化铝的应用缺陷111.7 改善氢氧化铝的阻燃性能11第二章：硅酸钠对氢氧化铝表面化学改性132.1 引言142.2 实验部分：原料和设备142.3 实验方法142.4 实验步骤152.5 粒径分析152.51 研究反应温度对样品粒径的影响162.52 研究反应时间对粒径的影响182.53 研究改性剂使用量对粒径的影响192.6 吸油量212.61 研究反应温度对吸油量的影响：212.62 研究反应时间对成品吸油量的影响222.63 研究改性剂用量对吸油量的影响232.7 红外光谱分析252.8 分析样品的DSC曲线262.81 研究反应温度对初始失

9、水温度的影响272.82 研究反应时间对初始失水温度的影响272.83 研究改性剂质量对初始失水温度的影响28参考文献29绪 论1.1氢氧化铝的简介氢氧化铝是铝的氢氧化物。是一种碱，由于又有一定的酸性，所以又可称之为铝酸，但实际与碱反应时生成的是偏铝酸盐，因此通常在把它看作是一水合偏铝酸。1.2氢氧化铝的用途1.阻燃填充剂。氢氧化铝是高分子聚合物的一种理想的阻燃剂填充料。因为氢氧化铝为白色粉末，物理性质和化学化学性质稳定，不吸潮，无毒无害，具有填充、阻燃、消烟三大功能。氢氧化铝分解时大量吸热因此，当填有氢氧化铝的聚合物加热时，氢氧化铝会分解吸热，从而抑制聚合物温度的升高；其次氢氧化铝在受热分解

10、时放出水蒸汽，不会产生有毒、可燃或腐蚀性的气体，同时稀释了聚合物分解所产生的各种可燃气体，使起火更加困难。因此，氢氧化铝是用量最大和应用最广的无机阻燃添加剂。就消耗量而言，在所有阻燃剂中稳居首位。产品无毒、价格低廉成为目前理想的环保绿色产品，其发展速度很快，占阻燃剂总耗量的45%左右。2.人造大理石、人造玛瑙的填充剂。用氢氧化铝和不饱和聚脂树脂或甲基丙烯酸树脂生产人造玛瑙或人造大理石。由于氢氧化铅具有和聚脂树脂极为接近的折光指数，使人造产品具有半透明的、令人满意的光见度。并且可以生产出不同颜色、花纹图案的人造产品。人造产品相对于天然产品有很多优越性，成本低、重量轻、不易脆裂可以制成各种颜色、规

11、格的产品，因此使得人造大理石广泛应用高档洁具、装修、桌面、板材、装饰板等。3.造纸填剂。氢氧化铝在造纸工业中主要用作表层涂料、填料以及生产不燃纸。氢氧化铝作为涂布颜料有许多优越性：自度高、粒度细且粒度分布均匀，呈片状晶形，用它作颜料能提高涂布纸的自度不透明度，平滑度及吸油墨性能。用它代替二氧化钛在不降低纸张自度及不透明度的前提下，能节约成本，提高成纸的光泽度，改善印刷性能。4.牙膏摩擦剂。氢氧化铝无毒无味，软硬适中，是一种很好的中性摩擦剂，以氢氧化铝替代传统配料白垩和磷酸氢钙可制成性能良好的牙膏。5.医药及其它。氢氧化铝是胃药的主要成分之一。铝凝胶是中和胃酸、治疗胃病的传统良药。以氢氧化铝为原

12、料制备的六水氯化铝，在医药和化妆品中可用作凝聚剂等。另外，氢氧化铝及其特殊加工的焙烧氧化铝，已广泛地应用于化学药物、催化剂、塑料、涂料、陶瓷、耐火材料、绝缘材料、磨料等领域。1.3阻燃剂的分类(l)卤系阻燃剂含卤原子F、Cl、Br、I的化合物均可作为阻燃剂。卤素阻燃剂特别是溴化合物在阻燃剂中占有非常重要的地位。(2)磷系阻燃剂磷系阻燃剂分为含磷系和非磷系两种，与卤系阻燃剂机理不同，磷系阻燃剂不是气相阻燃作用，而是液相和固相阻燃作用。(3)膨胀型阻燃剂膨胀型阻燃剂以磷、氮为主要组成的阻燃剂，膨胀型阻燃剂主要是由炭源、酸源和气源这三部分组成，此类阻燃剂的高聚物在受热时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫

13、层，此泡沫层隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生熔滴，具有良好的阻燃性能。(4)有机硅氧烷类阻燃剂有机硅类阻燃剂是近年来由国外少数几个国家开发的一种新型的无卤、低烟、低毒阻燃剂，其作用机理是硅氧烷在燃烧时可以生成硅-碳阻隔层，起到阻燃效果。而且与相应的有机化合物相比，聚硅氧烷具有燃烧时散热量低、烟雾少和毒性低等优点。(5)无机磷化合物无机磷系阻燃剂主要包括红磷、磷酸盐和聚磷酸铵。红磷是一种性能优良的阻燃剂, 具有高效、抑烟、低毒的阻燃效果, 但是在实际应用中易吸潮、氧化、并放出剧毒气体, 粉尘易爆炸,而且呈深红色,因此使用受到很大限制。(6)氢氧化铝目前氢氧化铝占全球无机阻燃剂消费量的80 %以上,

14、 它具有阻燃、消烟、填充三大功能; 而且不产生二次污染, 能与多种物质产生协同作用，且拥有不挥发、无毒、腐蚀性小、价格低廉等优点。氢氧化铝的阻燃作用是其在200250 分解出水时的吸热作用。作为重要的无机阻燃剂, 它在阻燃剂消费量中一直高居榜首。(7)氢氧化镁氢氧化镁属于添加型无机阻燃剂, 与同类无机阻燃剂相比,具有更好的抑烟效果。当代阻燃剂技术中“抑烟”比“阻燃”更为重要。氢氧化镁能与燃烧过程中产生的酸性与腐蚀性物质发生中和反应, 也是一种环保型绿色阻燃剂。氢氧化镁的热分解温度比氢氧化铝高出140 左右, 可以使阻燃材料承受更高的加工温度, 利于加快挤塑速度, 缩短模塑时间。同时氢氧化镁的粒

15、径较小,对设备磨损小。其多种性能均优于目前大量使用的氢氧化铝, 是非常具有发展前景的无机阻燃剂品种。(8)硼酸盐硼酸盐产品也是一种常用的无机阻燃剂。有偏硼酸铵、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡、硼酸锌。目前主要使用的是硼酸锌。它能够明显提高制品的耐燃性, 还能替代有毒的氧化锑应用于多种合成材料中, 也可作为涂料的耐火添加剂和木材、纺织材料的耐火添加剂等。由于硼酸盐阻燃剂的性能良好、安全无毒、价格低廉、原料易得,而且在一些领域具有无法替代的优越性, 因此发展前景看好。(9)氧化锑氧化锑是最重要的无机阻燃剂之一, 单独使用时阻燃作用很小, 但是与卤系阻燃剂并用时可以大大提高卤系阻燃剂的效能,

16、 因此它是几乎所有卤系阻燃剂中不可缺少的协效剂。尽管近年来阻燃剂无卤化呼声很高, 但是由于一时找不到理想的替代品, 卤系阻燃剂仍将占据阻燃剂领域主导地位相当长时间, 因此氧化锑仍有一定发展空间。目前国外对其进行改性和包裹处理, 美国、英国、瑞士等国相继开发出氧化锑阻燃母粒, 广泛应用于各种塑料、合成纤维、纺织品等领域。但是由于氧化锑有毒性, 因此国外一直在进行代替研究,目前能部分替代三氧化二锑的助阻燃剂有硼酸锌、硫化锌、锡酸锌、锆化合物和钼化合物等。其中国外开发出的一些含锡的无机化合物, 对溴和氯阻燃剂具有良好的协同作用, 其阻燃效率与氧化锑相当, 可以完全取代氧化锑在各个领域中的应用,而且毒

17、性很低。(10)钼化合物钼类化合物是迄今为止人们发现最好的抑烟剂, 因此钼类化合物开发与应用成为目前阻燃剂领域的一个研究热点。通常使用的是三氧化钼和钼酸铵。美国开发出一系列不含铵的钼酸盐抑烟剂,它能耐200 以上的加工温度。国外研究表明,将钼化合物与锌化合物混合用于PVC 制品中, 可以使PVC 能在电线电缆阻燃包裹层的应用上与含氟聚合物竞争。另外,钼化合物与一些其他阻燃剂有协同效应, 可以复配使用, 目前钼类化合物作为阻燃剂的研究在我国尚在起步阶段。1.4国内外阻燃剂使用现状随着高分子材料科学的不断发展，塑料，橡胶和复合聚合物在交通工具，家用电器，现代家具，军事和航空航天等工业，农业及国防等

18、国民经济部门和日常生活各个领域得到广泛使用。然而这些高分子材料大多具有可燃易燃的特点，在一定情况下容易引起火灾。而合成高分子在燃烧时可产生大量有毒或腐蚀性的气体和烟尘，这使得火灾的后果更加严重。人们发现火灾中的死亡事故有80% 以上是材料产生的浓烟和有毒气体造成的，因而除了阻燃效率外，低烟低毒也是阻燃剂必不可少的指标，是阻燃剂研究领域内最活跃的研究课题之一。氯系阻燃剂是我国使用量最大的阻燃剂。存在严重降低阻燃基材的抗紫外线稳定性，燃烧时产生较多的烟雾、腐蚀性气体和有毒气体等缺点。无机类阻燃剂具有热稳定性较好、不产生腐蚀性气体、不挥发、效果持久、没有毒性、价格低廉以及对环境危害性小等优点。无机阻

19、燃剂的主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、氧化锑、氧化锡、硼酸锌、氢氧化锆等。由于超细氢氧化铝常温下物理和化学性质稳定，燃烧时不会产生二次污染，白度高，具有优良的色度指标，在树脂中分散性好，即使添加量较多也不易发生弯曲发白现象。另外，来源丰富，价格比溴系阻燃剂便宜很多，因此氢氧化铝已成为合成材料无卤阻燃配方的主要选材之一。 美国是应用阻燃剂最大的国家。1992年为38.6kt ,到1996 年增加到452kt ,其中以氢氧化铝等无机阻燃剂为主,占50%以上。欧洲阻燃剂的消费量仅次于树脂和填充剂居第三位。1992 年为167kt ,1996 年达233kt ,其中以氢氧化铝的消费量最大,发展较快

20、,其占比例由32.4%升为34.3%。日本阻燃剂消费量居世界第三位。1992年总消费118kt , 其中氢氧化铝为41kt , 占总量的35.3%; 1996 年达180.8kt , 氢氧化铝为77.5kt , 占总量的42%。总体上看,发达国家阻燃剂消费量大,发展快,其中氢氧化铝等无机阻燃剂占很大比重,且所占份额有上升的趋势。我国阻燃剂的研制、生产和应用起步较晚,同发达国家还有很大的差距,主要体现在产量低、品种少。1985 年产量仅1kt ，也只有氯化石蜡等极少数品种。但近年来我国阻燃剂工业发展较快,1993 年阻燃剂产量约为100 kt ,1995 年约为110kt ,1996 年全国阻燃

21、剂的生产能力约150 kt ,产量130 kt 。其中氯系阻燃剂产量最大,约100 kt ,占总产量的77 %。无机阻燃剂居次,为20 kt ,占15.4 %。其余分别为溴系阻燃剂5 kt , 占3.8% , 磷系阻燃剂4kt , 占31% 。近年来，随着重大火灾次数的增多以及塑料焚烧造成的二次污染等问题的出现，有机阻燃剂的应用受到了限制。而无毒、高效、抑烟的无机阻燃剂，特别是氢氧化铝和氢氧化镁完全符合当今阻燃剂向环保型发展的大趋势，市场越来越广阔。发达国家和地区以及中国阻燃剂产品结构如表1 所示。 总体上看，发达国家阻燃剂中无机阻燃剂占很大比重，且其所占份额有上升的趋势。我国阻燃剂工业发展极

22、不平衡，氯系阻燃剂所占比例较重，为各阻燃剂之首，其中氯化石蜡占垄断地位。但氯系阻燃剂作用时释放出有毒气体，这不符合现代生活所追求的无毒高效。因此为了顺应世界阻燃剂低烟雾、低毒性和无公害的发展趋势，我国应不断加快无机阻燃剂的开发应用，其中尤以氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的开发、生产和应用势在必行。1.5 氢氧化铝的阻燃机理氢氧化铝温度达到200220 左右时开始吸热分解，放出3个结晶水2Al(OH)3Al2O3 + 3H2O，分解时氢氧化铝吸热达1967.2 kJ/kg，吸收这样大的热量是其具有阻燃作用的最主要原因。根据差热分析和热重分析知，在温度低于205 时，氢氧化铝在大气中保持稳定，20522

23、0 开始缓慢分解，超过220 分解加快。主要的吸热峰在308 左右，吸热脱水过程延缓了聚合物的燃烧，使燃烧速度减缓，同时放出的水蒸气，不仅冲淡了燃烧的气体，而且参与了冷凝相的反应。吸热分解直接产生的冲淡效果，也使氢氧化铝具有抑烟的功能。分解生成的氧化铝与其它碳化物一起形成一道阻燃屏障，减小烧蚀速度，防止火焰的蔓延。根据以上的分析，氢氧化铝的阻燃机理可以归纳如下：(1) 吸热作用。在200350 脱水吸热，抑制聚合物温度的升高；(2) 稀释作用。Al(OH)3 填充,使可燃性高聚物的浓度下降。Al(OH)3 脱水放出的水蒸气会稀释可燃性气体和氧气的浓度，阻止燃烧；(3)覆盖作用。Al(OH)3脱

24、水后在可燃物表面形成Al2O3 保护膜，隔绝氧气，可阻止继续燃烧；(4) 碳化作用。阻燃剂在燃烧条件下产生强烈脱水性物质，使塑料碳化而不易产生可燃性挥发物，从而阻止火焰蔓延。1.6 氢氧化铝的应用缺陷随着氢氧化铝的大量推广应用，人们对其要求也随着提高。然而，氢氧化铝也存在一些不足之处。1.由于氢氧化铝本身阻燃机理的限制，其阻燃效率相对较差，氢氧化铝阻燃剂单独使用时添加量需要在60%以上才具有较好的阻燃效果。2.氢氧化铝有较强的极性和亲水性，是典型的极性无机材料。与非极性聚合物材料间的相容性较差，界面难以形成良好的结合和粘结。因此氢氧化铝阻燃剂会使得复合材料加工性能和物理机械性能下降。3.初始失

25、水温度低的缺陷，大大限制了它的应用领域。普通氢氧化铝热稳定性稍差，初始失水温度较低，实验证明，氢氧化铝经过160长期加热时，结晶水就会有微量析出，在180加热时，可以明显观察到结晶水的脱除，加尔温度超过200-220时，氢氧化铝就会明显脱除结晶水，许多热塑性塑料和高温橡胶密炼和成型加工温度都超过220，在加工过程中添加氢氧化铝会脱水形成气泡，从而影响制品力学性能。因此，研究提高氢氧化铝热稳定性的工艺有着较大的实际应用价值。1.7 改善氢氧化铝的阻燃性能1.氢氧化铝的超细化和纳米纤维化氢氧化铝粒径的大小直接影响其阻燃性和填充性。增加氢氧化铝粒子的表面积，有利于阻燃性的提高。粒度变细，材料的限氧指

26、数会随之提高，这是因为阻燃性能的发挥是由化学反应支配的，所以等量的阻燃剂，其粒径越小，比表面积越大，阻燃效果就会越好。研究发现：超细的无机刚性粒子对高分子材料能起到增韧增强效果，因此超细氢氧化铝不仅能使材料体系阻燃性能提高，而且可以解决理学性能的难题；超细氢氧化铝可以增加粒子与材料的接触面积，增加两者相互作用力，有效地改善相容性和共混料的理学性能；氢氧化铝超细化后，比传统氢氧化铝热分解温度要高出100度左右，失水温度也有所提高。所以氢氧化铝经过超细化和纳米纤维化后，可提高其阻燃性能，提高失水温度，改善与高分子材料的相容性，但是目前这些产品的制造成本比较高，实现工业化有一定难度。2.氢氧化铝表面

27、改性氢氧化铝具有较强的极性和亲水性，与聚合物材料的相容性很差。而超细化之后，颗粒之间又极易形成团聚，影响它在聚合物中分散性。所以，氢氧化铝超细化后，必须进行表面改性。这样不但可以避免团聚现象，改善其与有机聚合物的相容性和两者界面的亲合力，改善它在基材中的分散性，而且可以在保证阻燃级别不受影响的前提下减少氢氧化铝的添加量，提高阻燃材料的加工性能和减少氢氧化铝对基材物理力学性能的影响。同时表面改性处理后可以在氢氧化铝表面形成包覆层，一定程度上提高氢氧化铝的热稳定性。目前有关氢氧化铝表面改性有一下几种方法：表面有机化改性:为了改善氢氧化铝与聚合物之间的相容性和界面亲和性，采用偶联剂对氢氧化铝阻燃剂进

28、行表面处理是最有效的方法之一。表面无机包覆改性:目前主要是通过偶联剂对氢氧化铝粉体进行表面有机化改性处理来改善其与有机高分子的相容性，提高制品的机械强度。不足的是：偶联剂虽然能有效改善氢氧化铝的表面性质，提高其与有机高分子材料的加工性能，但提高氢氧化铝的热稳定性效果不明显。无机-有机多层包覆改性或者有机-有机多层包覆改性:这是一种综合表面改性处理方法，是一种有效改善氢氧化铝表面性能，显著提高氢氧化铝热稳定性，提高氢氧化铝阻燃剂的使用性能的表面改性处理方法。王庆伟、夏忠、邢曙亚等通过表面包覆改性处理方法制备出一种热稳定性高可用作阻燃剂氢氢化铝粉体。其主要的过程是:将铝酸钠溶液进行净化后，加入选自

29、碳酸钙、硅酸盐、磷酸盐的无机添加剂进行包覆处理;再加入含磷基硅烷或硅酸脂表面改性剂，进行有机化改性处理。分析结果表明所得的氢氧化铝阻燃剂热稳定性良好，初始脱水温度达245。3.氢氧化铝化学复合处理普通氢氧化铝热稳定性比较差，初始失水温度较低。实验证明，氢氧化铝在160下长期加热时，就会有微量结晶水析出;在180下加热时，可以明显观察到结晶水的脱除现象;当加热温度超过200-220时，氢氧化铝就会开始显著脱除结晶水。许多热塑性塑料和高温橡胶在密炼或成型加工时温度都超过220，因此在加工过程中添加的氢氧化铝就会脱水形成气泡，影响制品的力学性能。氢氧化铝热稳定性差一直是其在高温橡塑材料中使用受限的主

30、要原因，这也是近几年来无机阻燃材料研究领域所关注的热点之一。氢氧化铝与其他物质的化学复合是提高氢氧化铝初始失水温度的有效方法。第二章：硅酸钠对氢氧化铝表面化学改性2.1 引言表面改性分干法和湿法。湿法改性是将氢氧化铝粉末与一定量的改性剂和去离子水加到三口烧瓶中， 将装有反应物的三口烧瓶放入一定温度的电热恒温水浴锅，开动搅拌器。当转速达到700r/min 时，开始计时，等反应到一定时间后取出样品，抽滤，干燥。干法改性是将氢氧化铝粉末放入到高速捏合机中， 边搅拌边加入表面活性物质进行改性。干法改性操作简单， 但是没有湿法改性表面包覆均匀，所以本文采用的湿法改性。硅酸钠属于硅盐，溶于水偏碱性。而氢氧

31、化铝为双性，两者很容易结合。硅酸钠会在氢氧化铝表面形成致密的保护膜，且硅盐热稳定性高，有助于提高氢氧化铝的失水温度。2.2原料和设备中国铝业有限公司生产的填料氢氧化铝；国药集团化学试剂有限公司生产的九水硅酸钠； 郑州长城科工贸有限公司生产的恒温加热搅拌器；国华大功率电动搅拌器；傅里叶变换红外光谱仪；马尔文激光粒径仪；上海精密科学仪器有限公司生产的差动热分析仪；500ml三口烧瓶，烧杯，250ml量筒，电子天平，玻璃棒，蓖麻油。2.3 实验方法氢氧化铝粉末加入去离子水配成浆液加到三口烧瓶中,将装有反应物的三口烧瓶放入一定温度的电热恒温水浴锅，开动搅拌器，加入硅酸钠，开始计时，等反应到一定时间后取

32、出样品，抽滤，在120度下干燥12小时。对样品进行粒度分析，红外光谱分析，测定DSC曲线，测定吸油量。通过单因素实验研究反应条件对改性效果的影响。2.4 实验步骤1.单因素实验（1）加热温度的影响称取42g氢氧化铝，加入200ml去离子水配成浆液,在搅拌状态下加入2.10g硅酸钠,分别在水浴30度，50度，70度，90度下搅拌反应一小时后抽滤,用温水冲洗样品34次过滤干燥。（2）搅拌时间的影响称取42g氢氧化铝，加入200ml去离子水配成浆液,在搅拌状态下加入2.10g硅酸钠,在90度水浴温度下分别搅拌30min，60min，90min，120min，反应后抽滤，温水冲洗34次过滤干燥。（3）

33、硅酸钠加入量的影响称取42g氢氧化铝，加入200ml去离子水配成浆液，在90度水浴温度搅拌状态下分别加入1.26g，2.10g，2.94g，3.78g硅酸，分别为氢氧化铝质量的3%,5%,7%,9%，搅拌反应90分钟后抽滤，用温水冲洗过34次过滤干燥。2.5 粒径分析首先分析改性之前氢氧化铝的粒径：如图2-1所示，改性前氢氧化铝粒径为1421nm，分散系数为18.1%,粒子的粒径分布比较均一。2.51 研究反应温度对样品粒径的影响42g氢氧化铝与2.1g九水硅酸钠在不同温度下反应一小时。得到四种样品粒径如图2-2所示：如图2-3所示，为90度反应条件下样品的粒径，平均粒径为1850.分散系数2

34、2.4%,比改性前稍有增大，说明粒子大小分布变广。图2-4可见，改性后的氢氧化铝粒径有所提高，且随着温度的升高，粒径随之增大，并且增大的效果明显。硅酸钠包覆氢氧化铝是一个化学改性过程，温度越高，两者反应得越完全，包覆效果也就越好，所以粒子就越大。2.52 研究反应时间对粒径的影响42g氢氧化铝与2.10g硅酸钠在90度水浴温度下反应，改变反应时间，得到四种样品粒径如图2-5所示：图2-6为反应时间120min的样品粒径图，粒径平均为2011，分散系数增大为76.1%。说明改性后粒子大小变得极为不均，可能粒子发生大量团聚现象。如图2-7，反应时间对粒径大小没有太大的影响。可能90度反应条件下，硅

35、酸钠包覆氢氧化铝是个快速的过程，30分钟已包覆完全。所以继续延长反应时间，粒径无明显增长。2.53 研究改性剂使用量对粒径的影响42g氢氧化铝与不同质量的硅酸钠在90度水浴温度下反应一小时，1.26g，2.10g，2.94g，3.78g硅酸，分别为氢氧化铝质量的3%,5%,7%,9%，得到四种样品粒径如图2-8所示：图2-9为硅酸钠质量为3.98g条件下，样品粒径图，粒径大小为1815。 图2-10 在90度反应条件下，氢氧化铝粒径增大很明显。但是随着硅酸钠质量的增加，粒径变化不大。可能是因为，当硅酸钠质量达到氢氧化铝质量的5%即2.10g时，硅酸钠已经很好地包覆了氢氧化铝粒子。所以继续增加硅

36、酸钠的用量，粒子表面包覆效果无明显改观，所以粒径变化不大。小结：改性后的氢氧化铝粒径增大，反应温度对粒径影响比较明显，90度时粒径最大。当水浴温度为90度，硅酸钠质量为2.10g，反应时间为一小时，包覆效果比较好，再延长反应时间或增加硅酸钠使用量，粒径无明显变化。粒径增大的同时，分散系数也有所增大，可能是有部分粒子发生团聚。2.6 吸油量2.61 研究反应温度对吸油量的影响：42g氢氧化铝与2.10g硅酸钠在四种不同温度下反应一小时，得到四种样品，测定温度对成品吸油量的影响，如图2-11所示：分析该图表明，氢氧化铝被改性后吸油量增加。应该是因为氢氧化铝被改性后，粒子表面包覆了硅酸钠，粒子表面变

37、得粗糙，缝隙增多甚至发生团聚，粒子吸附蓖麻油的能力增强，导致吸油量增加。而且反应温度对样品吸油量影响比较大，随着温度的升高，样品的吸油量越大。可能是随着温度的升高，硅酸钠包覆氢氧化铝的效果越好，表面越粗糙，缝隙越多，吸油量就越大。2.62 研究反应时间对成品吸油量的影响42g氢氧化铝与2.10g硅酸钠在90度水浴温度下反应，反应不同的时间，得到四种样品的吸油量如图所示，测定反应时间对成品吸油量的影响，如图2-13所示：分析图2-14：随着反应时间的延长，吸油量有所增加，但变化趋势很小，从生产方面考虑，不建议延长生产时间，30分钟到60分钟为最佳。2.63 研究改性剂用量对吸油量的影响42g氢氧

38、化铝与四种不同质量的硅酸钠在90度水浴温度下反应90min，得到四种样品，测定改性剂用量对成品吸油量的影响： 分析图2-16可知：四种样品的吸油量普遍大于不同温度下四种样品的吸油量，说明90度温度下。硅酸钠可以很好地包覆氢氧化铝粒子，增加改性剂的使用量，吸油量有所提高，但是变化不大。小结：改性前氢氧化铝的吸油量为22。综上所述，改性后的氢氧化铝吸油量增加，可能是因为氢氧化铝表面覆盖了硅酸钠，使粒子表面凹凸不平，变得粗糙，因此吸油量增大。随着反应温度的升高，硅酸纳包覆得越完全，吸油量越大。当反应温度为90度时，反应时间和硅酸钠使用量对吸油量影响不明显。可能是因为90度反应条件下，硅酸钠包覆氢氧化

39、铝是个快速的过程，继续延长反应时间或增加硅酸钠使用量，吸油量无明显变化。2.7 红外光谱分析红外光谱图中的每一个吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式，而无机化合物在中红外区的吸收，无机化合物红外光谱主要是由阴离子的晶格振动引起的，它的吸收谱带位置与阳离子关系较小，通常当阳离子的原子序数增大时，阴离子团的吸收位置将向低波数方向作微小的位移。因此，在鉴别无机化合物的红外光谱图时，主要着重于阴离子团的振动频率。分析图2-17可知，蓝色曲线为改性前氢氧化铝的红外谱图，黑色曲线为改性之后样品的红外谱图。比较改性前氢氧化铝的红外谱图，改性后的红外光谱在1000到1200处出现一个小峰，对应的硅酸

40、根离子。说明改性后的粒子表面确实存在硅酸钠。2.8 分析样品的DSC曲线研究反应条件对样品初始失水温度的影响分析图2-18可知，改性前氢氧化铝的初始失水温度是208度。左侧横坐标数据为温度，右侧纵坐标数据为热流，当纵坐标数据开始下降时时，说明样品开始吸热脱水，由图可知，初始失水温度是208度。2.81 研究反应温度对初始失水温度的影响42g氢氧化铝与2.10g硅酸钠在30度，50度，70度，90度四种温度下反应一小时，得到四种样品，分析DSC图，得到样品的初始失水温度分别为209度，212度，216度，222度。分析可知：温度越高，氢氧化铝粒子包覆越完全，初始失水温度就越高。2.82 研究反应

41、时间对初始失水温度的影响42g氢氧化铝与2.10g硅酸钠在90度水浴温度下反应不同时间，得到四种样品，分析DSC图，得到初始失水温度别为218度，220度，219度，221度。由图可知：反应时间对初始失水温度影响不大，可能是在90度水浴温度下，硅酸钠包覆氢氧化铝粒子是个快速的过程，所以延长反应时间无明显效果。2.83 研究改性剂质量对初始失水温度的影响42g氢氧化铝与四种不同质量硅酸钠在90度水浴温度下反应一小时，1.26g，2.10g，2.94g，3.78g硅酸，分别为氢氧化铝质量的3%,5%,7%,9%，得到四种样品，分析DSC图，得到初始失水温度别为216度，220度，216度，218度

42、。分析图2-21，改性剂使用量对样品初始失水温度影响不大。1.26g硅酸钠与氢氧化铝反应，包覆效果已经比较好。继续增加改性剂使用量，提升效果不大。本章小结：实验证明，硅酸钠湿法改性氢氧化铝对其热稳定性有着明显的效果。通过单因素实验发现，粒子粒径，吸油量，初始失水温度都随着反应温度的增加而增加。当反应温度为90度时，硅酸钠与氢氧化铝很容易发生反应，短时间内硅酸钠能够很好地包覆氢氧化铝粒子。当硅酸钠使用量为氢氧化铝质量的5%,反应时间为一小时，反应温度为90度，改性效果最佳。继续增加硅酸钠使用量或延长反应时间，改性效果基本不变。结论与展望结论：本文采用硅酸钠作为改性剂对氢氧化铝进行湿法改性。硅酸钠

43、属于硅酸盐，硅酸是弱酸，氢氧化钠是强碱，所以硅酸钠溶于水显碱性。氢氧化铝显两性，硅酸钠溶于水很容易与氢氧化铝发生反应，生成偏铝酸钠和硅酸铝，会在氢氧化铝粒子周围紧密包覆，从而达到提高失水温度的改性效果。结论如下：硅酸钠作为改性剂对氢氧化铝进行湿法改性。改性剂使用量为氢氧化铝质量的5%,反应时间为一小时，反应温度为90度，此反应条件下改性效果最佳。继续增加硅酸钠使用量或延长反应时间，改性效果基本不变。改性后，粒径，吸油量，初始失水温度都有所提高。氢氧化铝初始失水温度由208度提高到222度。展望：此改性方法反应条件简单，反应介质为水，来源广，成本低。反应时间为半小时到一小时，生产效率高。少量的改

44、性剂就能获得良好的改性效果，本文试验中样品为九水硅酸钠，实质上硅酸钠使用量只有2%左右，改性剂使用量少，成本低。改性后的氢氧化铝初始失水温度有了明显的提高。致谢在此论文撰写过程中，要特别感谢阚春老师的指导与督促。没有阚老师的帮助也就没有今天的这篇论文。求学历程是艰苦的，但又是快乐的。感谢我的班主任雷文老师，谢谢他在这四年中为我们全班所做的一切，他不求回报，无私奉献的精神很让我感动，向他表示由衷的感谢。感谢贾向东老师，郭斌老师，罗振扬老师等教研组老师的指导和帮助，使得我的课题得以顺利进行！感谢马宏明，李前柱，景露，余旺旺等同学在实验中对我的帮助，感谢2007届高分子一班全体同学的帮助和勉励，同窗

45、之情，我将终生难忘！谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！狄正洋2011年6月2号参考文献1.李昌林，李劼，周向阳.提高阻燃剂氢氧化铝失水温度的工艺研究J，2007,1-52.马淑花,郭奋,陈建峰. 氢氧化铝的化学改性研究J. 北京化工大学学报(自然科学版), 2004,(04)3.黄东,南海,吴鹤. 氢氧化铝的阻燃性质与应用研究J. 材料开发与应用, 2004,(03) .4.蔡水洲. 天然氢氧化铝的表面改性J. 非金属矿, 2001,(S1) .5.刘付胜聪,肖汉宁,李玉平. 聚丙烯酸在纳

46、米TiO2表面吸附行为的研究J. 高等学校化学学报, 2005,(04) .6.李友凤, 罗娟, 胡小莲等. 超细氢氧化铝阻燃剂的应用及发展 . 中国材料科技与设备, 2008, (4) : 1- 3.7.王建立, 和风枝, 陈启元. 阻燃剂用超细氢氧化铝的制备、应用及展望J . 中国粉体技术, 2007, (1) : 38- 42.8.刘立华, 董玉环, 贾静娴. 氢氧化铝阻燃剂的表面改性J . 中国塑料, 2008, 36(4) : 88- 92.9.刘立华, 宋元华, 陈建铭, 等. 纳米氢氧化镁表面改性研究J . 化工进展, 2004, 23(1) : 76- 79.10.吴伟明, 高

47、岩, 张燕芬, 等. 氢氧化铝在聚乙烯中阻燃性能的研究 J . 塑料工业, 2008, 36(6) : 210- 212.11.刘海燕，刘海波，郭平.无机阻燃剂进展J.化学与劲合，2005，26(3):172-17412.吕咏梅.我国无机阻燃剂研究及应用进展J.塑料助剂，2004，4:1-313.马娟，刘一臣，曹晓光.无卤阻燃剂研究进展J.化学工程师，2005，119(8):15-1714.李玉芳，伍小明.塑料阻燃剂的研究开发进展J.四川化工，2006，9(2):30-3415.孙承凡.塑料用无机阻燃剂技术进展与方向J.化工技术与开发，2006，35(9):28-3016.马雅琳，王标兵，胡国胜.阻燃剂及其阻燃机理的研究现状J.材料导报，2006，20(5):392-39517.