超细氢氧化镁的制备及其在木塑复合材料中的应用研究

摘要

木塑复合材料作为一种资源节约和环境友好型复合材料，广泛应用于许多领域。但木塑复合材料属于易燃材料，具有很大的火灾隐患，并且在燃烧过程中会释放大量有危害的烟雾和毒气。因此提高木塑复合材料阻燃与抑烟性能是非常必要的。目前，一些环境友好型的无卤阻燃剂逐渐应用于木塑复合材料。氢氧化镁作为一种重要的无卤阻燃剂，具有阻燃、抑烟和填充功能，可用来改善木塑复合材料易燃和发烟量大的缺陷。为了解决由于氢氧化镁引入而引起木塑复合材料力学性能下降的问题，本论文利用直接沉淀法合成超细氢氧化镁，并将普通氢氧化镁、超细氢氧化镁、聚磷酸铵和复合阻燃剂（两种氢氧化镁和聚磷酸铵）应用于木塑复合材料，考察了五种阻燃剂对木塑复合材料力学、阻燃和抑烟性的影响，并利用热分析法和锥形量热法研究超细氢氧化镁在木塑复合材料中的阻燃机理和抑烟减毒作用。
　　 本论文的主要研究结果如下:
　　 1、利用硝酸镁和氨水通过直接沉淀法制备超细氢氧化镁，并利用分散剂改善超细氢氧化镁的团聚问题。激光粒度仪、X-射线衍射和扫描电镜分析表明，超细氢氧化镁90％的粒子在200nm内，接近于不规则的片层形状。较优工艺条件为反应温度30℃，硝酸镁浓度0.1mol·L-1，反应时间0.5h，分散剂PEG6000的添加量为原料硝酸镁质量的6％。
　　 2、分别将普通氢氧化镁和超细氢氧化镁应用到木塑复合材料中，并通过拉伸性能、氧指数、扫描电镜、热重分析和锥形量热测试来评价木粉粒径、氢氧化镁添加量和粒径大小对木塑复合材料力学和阻燃性能的影响。研究发现超细氢氧化镁的最佳添加量为总质量的30％，且超细氢氧化镁相比于普通氢氧化镁不仅明显提高木塑复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和氧指数，还能更有效抑制木塑复合材料的热释放和热分解行为。同时考察两种偶联剂对木塑复合材料力学和阻燃性的影响，结果表明5％的马来酸酐接枝聚乙烯偶联剂能明显改善木塑复合材料的力学性能，还能保持木塑复合材料良好的阻燃性能。
　　 3、将普通氢氧化镁、超细氢氧化镁和聚磷酸铵应用于木塑复合材料，采用拉伸性能、氧指数和锥形量热测试评价聚磷酸铵添加量以及两种氢氧化镁与聚磷酸铵的复配比例对木塑复合材料力学、阻燃和抑烟性能的影响。研究发现添加量为30％的聚磷酸铵能提高木塑复合材料的力学和阻燃性能，并有效抑制木塑复合材料的热释放和热分解行为，但会明显提高木塑复合材料的比消光面积和烟生成速率峰值。同时复合阻燃剂对木塑复合材料的力学和阻燃性能不能起到协同增效作用，但对其抑烟性能有一定的协同作用。相比于聚磷酸铵和复合阻燃剂，超细氢氧化镁能更有效抑制木塑复合材料的热释放，热分解和烟释放行为。
　　 4、采用热分析法和热动力学方程研究超细氢氧化镁对木塑复合材料热降解过程以及动力学参数的影响，结果表明在400℃以前超细氢氧化促使木塑复合材料形成高质量炭层，提高体系的热稳定性，使木塑复合材料失重明显减少。在400℃后，超细氢氧化镁使木塑复合材料活化能增加，反应速率常数减低，减缓热解过程。
　　 5、采用锥形量热法研究超细氢氧化镁对木塑复合材料烟生成速率、总烟释放量、一氧化碳转化率及其产量和二氧化碳转化率及其产量的影响，结果表明超细氢氧化镁对木塑复合材料抑烟减毒作用显著优于普通氢氧化镁。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 木塑复合材料概述及阻燃必要性

1．1．1 木塑复合材料发展史及应用

1．1．2 木塑复合材料阻燃的必要性

1．2 木塑复合材料阻燃研究概况

1．2．1 阻燃剂在木塑复合材料的应用

1．2．2 木塑复合材料阻燃处理发展趋势

1．3 超细氢氧化镁

1．3．1 氢氧化镁的超细化

1．3．2 超细氢氧化镁制备方法

1．3．3 超细氢氧化镁阻燃剂应用概况

1．4 本课题研究的目的、意义和主要内容

第二章 超细氢氧化镁的合成研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料及试剂

2．2．2 实验仪器及设备

2．2．3 超细氢氧化镁的制备

2．2．4 超细氢氧化镁的测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 反应温度对氢氧化镁粒径的影响

2．3．2 硝酸镁浓度对氢氧化镁粒径的影响

2．3．3 反应时间对氢氧化镁粒径的影响

2．3．4 分散剂乙醇添加量对氢氧化镁粒径的影响

2．3．5 分散剂PEG6000添加量对氢氧化镁粒径的影响

2．3．6 两种分散剂所制得样品的XRD表征对比

2．3．7 电镜分析

2．3．8 普通氢氧化镁与超细氢氧化镁的粒径比较分析

2．4 小结

第三章 超细氢氧化镁在木塑复合材料中的应用研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料和试剂

3．2．2 实验仪器及设备

3．2．3 木塑复合材料的制备

3．2．4 木塑复合材料性能测定及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 木粉粒径大小对木塑样品的性能影响

3．3．2 氢氧化镁的添加量对木塑样品的性能影响

3．3．3 氢氧化镁的粒径大小对木塑样品的力学性能影响

3．3．4 扫描电镜分析

3．3．5 氢氧化镁的粒径大小对木塑样品的阻燃性能影响

3．3．7 木塑样品燃烧现象及燃烧残余物对比分析

3．3．8 偶联剂对超细氢氧化镁木塑样品的性能影响

3．4 小结

第四章 超细氢氧化镁与聚磷酸铵复合阻燃木塑复合材料的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料与试剂

4．2．2 实验仪器及设备

4．2．3 木塑复合材料制备

4．2．4 木塑复合材料性能测定

4．3 结果与讨论

4．3．1 聚磷酸铵的添加量对木塑样品的性能影响

4．3．2 木塑样品中复合阻燃剂的复配比例

4．3．3 超细氢氧化镁与聚磷酸铵复配比例对木塑样品力学性能影响

4．3．4 超细氢氧化镁与聚磷酸铵复配比例对木塑样品阻燃性能影响

4．3．5 复合阻燃剂对木塑样品燃烧性能的影响

4．3．6 阻燃型木塑样品燃烧现象和燃烧残余物对比

4．4 小结

第五章 超细氢氧化镁在木塑复合材料的阻燃机理和抑烟减毒作用的研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 主要原料和试剂

5．2．2 实验主要仪器及设备

5．2．3 试样制备

5．2．4 性能测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 超细氢氧化镁对木塑样品热降解行为的影响

5．3．2 木塑样品热解过程的热动力学分析

5．3．3 超细氢氧化镁对木塑复合材料的抑烟减毒作用

5．4 小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要学术成果

致谢