1、 硅烷偶联剂改性氢氧化镁硅烷偶联剂改性氢氧化镁张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦、姓名：张伟娜姓名：张伟娜指导老师：李祥高指导老师：李祥高 教授教授汇报日期：汇报日期：2015年年9月月12 1 1 氢氧化镁表面改性的意义氢氧化镁表面改性的意义张伟娜几点睡啦、氢氧化镁表面含有大量的酸性亲水基团氢氧化镁表面含有大量的酸性亲水基团-羟基羟基,羟基吸收大量的水分是造成羟基吸收大量的水分是造成氢氧化镁氢氧化镁“团聚团聚”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认为氢氧化镁表面的氢与氢都处“缺电子缺电子”状态而容易形成氢键
2、来增加体状态而容易形成氢键来增加体系的稳定性，微观上表现为氢氧化镁分子之间的相互搭接系的稳定性，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，宏观上就表现为颗粒之间的为颗粒之间的“团聚团聚”现象。现象。氢氧化镁氢氧化镁 起阻燃作用时所需添加量较大起阻燃作用时所需添加量较大 且其表面亲水疏油、极性较大且其表面亲水疏油、极性较大,易易团聚团聚，使其在高分子基体材料中的相容性和分散性较差使其在高分子基体材料中的相容性和分散性较差，直接导致制品的直接导致制品的力学性能严重恶化力学性能严重恶化，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
3、体在高分子基体材料中的相容性和分散性氧化镁粉体在高分子基体材料中的相容性和分散性，改善其表面亲油性改善其表面亲油性,需需要进行表面改性要进行表面改性，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。和脂肪酸、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂等。2 2 氢氧化镁的改性方法氢氧化镁的改性方法 常用的表面改性剂主要包括：表面改性剂，有机磷酸酯，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，高分子包覆剂偶联剂，高分子包覆剂 表面化学改表面化学改性性表面改性方表面改性方法法胶囊化改性胶囊
4、化改性干法改性干法改性湿法改性湿法改性在线改性在线改性 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，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还可以缩短工艺流程，节约生产成本。本文是用硅
5、烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷（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。）作为改性剂对氢氧化镁进行湿法改性。3 3 硅烷偶联剂湿法改性氢氧化镁的步骤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氢氧化镁粉末镁粉氢氧化镁粉末氢氧化镁粉末A-1120A-1120以乙醇为溶剂配置成以乙醇为溶剂配置成10wt%的溶液的溶液以乙醇为溶剂配置成10wt%的溶液以以95%乙醇为溶剂配乙醇为溶剂配置成置成10wt%的溶液的溶液放入四口放入四口烧瓶烧瓶在一定转速下反在一定转速下反应应 水洗过滤水洗过滤 干燥干燥索式抽提索式抽提干燥干燥张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦
6、、4 4 硅烷偶联剂湿法改性氢氧化镁的机理硅烷偶联剂湿法改性氢氧化镁的机理（1 1）水解水解（2 2）缩合缩合基材SiRxxx+3H2O=SiROHOHOH+3HxSiROHHOHOSiRHOHSiROHHOHOOOO张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦、3 形成氢键形成氢键4 形成共价键形成共价键基材基材SiROHOHOSiROHSiROHOHOOOHHOHSiROHSiRSiROHOOOOO5 5 A-151改性氢氧化镁的研究改性氢氧化镁的研究张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦、5.1 改性时间对接触角的影响改性时间对接触角的影响 下图是在下图是在50，搅拌速度，搅拌速度300r/min,加入硅
7、烷偶联剂加入硅烷偶联剂的量为干氢氧化镁质量的的量为干氢氧化镁质量的5%，分别在，分别在1.5h、2h、2.5h、3h下制得的改性氢氧化镁。下制得的改性氢氧化镁。abcda、b、c、d分别是反应分别是反应1.5h、2h、2.5h、3h对水的接触角对水的接触角1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.2556065707580859095100 contact angle/time/h张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦、5.2 改性氢氧化镁的表征改性氢氧化镁的表征（1）红外表征红外表征 此图是对在此图是对在50，搅拌速度，搅拌速度300r/min,KH-151加入量为干氢氧化镁质量分
8、数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。的条件下得到改性氢氧化镁的红外光谱图。4000350030002500200015001000500wavenumbers/cm-110475781132ba3694cm-1是氢氧化镁中是氢氧化镁中的振动吸收峰的振动吸收峰1047和和578cm-1处的特征吸收处的特征吸收峰表明改性氢氧化镁中存在峰表明改性氢氧化镁中存在链状链状 结构结构在在1132cm-1处出现处出现SiSi-O-SiSi-O-的的特征吸收峰。特征吸收峰。键的特征吸收键的特征吸收峰键峰键 Si O SiOSi图中图中a为未改性的氢氧化镁，为未改性的氢氧化镁，
9、b为为KH-151改性氢氧化镁改性氢氧化镁Mg OH张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦、（2）扫描电镜测试扫描电镜测试d：改性氢氧化（50，硅烷加入量5%，2.5小时）b：未改性氢氧化镁c：改性氢氧化镁（50，硅烷加入量5%，2.5小时）a：未改性氢氧化镁张伟张伟娜娜张伟娜张伟娜几点睡啦、6 6 A-1120改性氢氧化镁的研究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A-1120改性氢氧化镁的最优条件。改性氢氧化镁的最优条件。6.1 改性时间对接触角的影响改性时间对接触角的影响 下图是在下图是在70
10、，改性剂加入量为，改性剂加入量为5%,搅拌速度为搅拌速度为300r/min以改性时间为以改性时间为变量研究了改性时间对接触角的影响。变量研究了改性时间对接触角的影响。由左图可知随着时间的由左图可知随着时间的增加，接触角由小变大，增加，接触角由小变大，在在2h时接触角达到最大，时接触角达到最大，然后随着时间的增加接触然后随着时间的增加接触角在减小，所以选择了角在减小，所以选择了2h作为改性时间。作为改性时间。1.41.61.82.02.22.42.62.83.03.232343638404244 contact angle/time/h6.2 改性剂加入量对接改性剂加入量对接触角触角的影响的影响
11、 下图是在下图是在70，2h，300r/min的条件下以改性剂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。加入量为变量研究了改性剂量对接触角的影响。5678910114244464850 contact angle/A-1120%随着改性剂的加入接触随着改性剂的加入接触角在不断增大，当增加到角在不断增大，当增加到9%时达到最大，这时改时达到最大，这时改性剂的覆盖量达到最大，性剂的覆盖量达到最大，如果再加入改性剂有可能如果再加入改性剂有可能在表面形成物理吸附，可在表面形成物理吸附，可能会有一部分亲水基朝向能会有一部分亲水基朝向外亲油性就会减小，接触外亲油性就会减小，接触角就会下降。
12、所以选择加角就会下降。所以选择加入量为入量为9%。6.3 改性温度对接触角的影响改性温度对接触角的影响50556065707580363840424446485052 temperature/contact angle/下图是在改性剂加入量为下图是在改性剂加入量为9%，反应，反应2h，300r/min的条件下以温度为变量研究的条件下以温度为变量研究了温度对接触角的影响。了温度对接触角的影响。由左边的图可知温度低由左边的图可知温度低时，接触角也比较小，随时，接触角也比较小，随着温度的升高，改性剂水着温度的升高，改性剂水解程度也越来越完全，所解程度也越来越完全，所以和氢氧化镁反应的越来以和氢氧化镁
13、反应的越来越多，在越多，在70时水解是最时水解是最多的，温度过高时也不会多的，温度过高时也不会使更多的改性剂水解，所使更多的改性剂水解，所以选择温度以选择温度70。6.4 搅拌速度对接触角的影响搅拌速度对接触角的影响300400500600700373839404142 contact angle/stirring rate r/min 下图是在下图是在70，反应，反应2h，改性剂加入量为，改性剂加入量为9%的条的条件下以搅拌速度为变量研究了搅拌速度对接触角的件下以搅拌速度为变量研究了搅拌速度对接触角的影响。影响。随着搅拌速度的增加接随着搅拌速度的增加接触角也在不断增加，在触角也在不断增加，在
14、600r/min时接触角最大，时接触角最大，搅拌速度再增加接触角反搅拌速度再增加接触角反而减小。所以搅拌速度选而减小。所以搅拌速度选择择600r/min。6.5 A-1120改性氢氧化镁的表征改性氢氧化镁的表征（1）红外表征）红外表征4000350030002500200015001000500ab wavenumbers/cm-13690344029302850163014101040494 此图是对在此图是对在70，2h搅拌速度搅拌速度600r/min,A-1120加入量为干氢氧化镁质量分数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。的条件下得到改性氢氧化镁的红外光
15、谱图。3690cm-1和和494、1410cm-1是是氢氧化镁中氢氧化镁中 和和 的振动吸收峰；的振动吸收峰；1040cm-1处的特征吸收峰表处的特征吸收峰表明改性氢氧化镁中存在链状明改性氢氧化镁中存在链状 结构结构在在2930和和2850cm-1处是处是的特征吸收峰。的特征吸收峰。M g OHMg OSi O SiCH2上图中上图中a为未改性的氢氧化镁，为未改性的氢氧化镁，b为为A-1120改性氢氧化镁改性氢氧化镁 （2）扫描电镜）扫描电镜a：未改性氢氧化镁：未改性氢氧化镁b：未改性氢氧化镁：未改性氢氧化镁c：A-1120改性氢氧化镁改性氢氧化镁（70，加入量，加入量9%，2h，600r/m
16、in)d：A-1120改性氢氧化镁改性氢氧化镁（70，加入量，加入量9%，2h，600r/min)（3）热重）热重1002003004005006000.650.700.750.800.850.900.951.00 weight/%temperature/未改性氢氧化镁A-1120改性氢氧化镁下图所示是改性氢氧化镁的热重分析。下图所示是改性氢氧化镁的热重分析。从图中得出为改性氢氧从图中得出为改性氢氧化镁的分解温度范围为化镁的分解温度范围为368到到413，分解了，分解了21.02%；而改性氢氧化；而改性氢氧化镁的分解是从镁的分解是从379到到420，分解了，分解了20%比不比不改性的氢氧化镁的
17、分解温改性的氢氧化镁的分解温度要高，这是里面的有机度要高，这是里面的有机物的碳化引起的。这证明物的碳化引起的。这证明氢氧化镁和改性剂发生了氢氧化镁和改性剂发生了反应反应。6 6 总结总结（1）用）用KH-151做改性剂时，研究了改性时间对接触角的影响，做改性剂时，研究了改性时间对接触角的影响，在在2.5h时接触角达到时接触角达到96.7，达到了疏水亲油的目的。，达到了疏水亲油的目的。（2）用）用A-1120作为改性剂时，分别以改性时间、偶联剂加作为改性剂时，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，入量、改性温度、搅拌速度作为变量对最优条件进行研究，得到在改性时间得到在改性时间2h、偶联剂加入、偶联剂加入9%、70、搅拌速度、搅拌速度300r/min时接触角相对高。又通过时接触角相对高。又通过IR、TG、SEM等的表征，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。有一定的提高。
