超细氢氧化镁粉体表面改性

从图6和图7分别为改性后M果显示硅的分布比 较均匀。由此表明，这种湿法改性使氢氧化镁粉体表面结 合了硅烷偶联剂。
2.5 红外光谱分析结果
图8为改性前后Mg(OH)2 的红外光谱图。可以看出，氢氧 化镁经硅烷偶联剂改性后，在1122cm-1和1043cm-1处出现了 Si-O氧键的特征吸收峰；在2921cm-1和2 852cm-1处出现了甲 基和亚甲基的特征吸收峰。可以推断，硅烷偶联剂和氢氧 化镁粉体表面发生了化学键合，形成了化学键。
H=m-m1/m
式中：H 为粉末样品活化指数；m 为粉末样品的总质量； m1 为沉降于烧杯底部样品的质量。
没有改性的氢氧化镁表面是极性的，在水中自然沉降H 为0；改性后的氢氧化镁表面是非极性的，具有很强的疏水 性，在水中由于具有比较大的表面张力而在水面上漂浮不沉， H>0；改性完全时，粉末全部漂浮在水面上，H为100%，粉末 表面完全疏水。因此，H由0到100%的变化，可反映出活化程 度由浅至深的过程，从而得知改性效果的情况。 1.3.2 能量色散谱分析 将改性前后的粉末样品在电镜样品台上压实，经喷碳处 理后做能谱扫描，测量样品中元素的含量，观察样品中元素 的分布情况。能谱扫描时间为100s，死时间小于30%。 1.3.3 红外光谱分析 将改性前后的粉末样品在105 ℃下烘干5h，分别用KBr 压片，进行红外光谱测试。测试条件：检测器TDGS，分辨率 4 cm-1，波数范围4000～700cm-1。
2.3 改性时间对活化指数的影响
在硅烷偶联剂用量7%、转速4000 r/min、改性温度40 ℃的条件下，研究不同搅拌时间对改性效果的影响，结果 见图3。
2.4 改性前后粉体能量色散谱(EDS)扫 描结果
图4和图5为改性前后Mg(OH)2 粉体的EDS 图。可以看出，改 性后氢氧化镁的EDS 图上显示有硅元素的存在，而改性前 没有。
超细氢氧化镁粉体表面改性研究
化研0802：李玲 2008000074
刊名：中国粉体技术 2007年01期 作者：李艳玲，毛如增，吴立军，冀克俭， 刘元俊，尤瑜升 作者单位：中国兵器工业集团第五三研究 所; 山东济南
引言
近年来，由聚合物材料着火所引起的重大火灾呈上升趋 势，聚合物材料的阻燃越来越引起人们的重视，阻燃剂的发 展与应用显得十分重要。 氢氧化镁系无机添加型阻燃剂，是具有填充、阻燃和抑 烟三重功能的化学助剂，并且产生的烟雾无毒、无腐蚀性。 其阻燃机理可以从反应方程式看出（Mg(OH)2=MgO+H2O↑）， 添加了氢氧化镁阻燃剂的聚合物在受热分解时释放出水分， 同时吸收大量潜热，降低了材料表面的火焰实际温度，使聚 合物降解为低分子的速度减慢，减少了可燃气体的产生；分 解过程中释放出的大量水蒸气冲淡了聚合物表面附近氧气和 可燃气体的浓度，使表面燃烧较难进行；氢氧化镁有利于形 成表面炭化层，阻止氧气和热量的进入；同时分解生成的氧 化镁是良好的耐火材料，提高聚合物材料抵抗火焰的能力， 起到隔绝空气阻止燃烧的目的。
2.6 硅烷偶联剂改性氢氧化镁机理分析
硅烷偶联剂KH172 的分子式为CH2=CH-Si（-O-CH2CH2OCH3）3，简写为R-Si-3。R代表与聚合物有亲和力的有机 官能团乙烯基，X代表能够水解且与改性剂粉体表面起反应 的烷氧基。在一定温度，并且高速搅拌的条件下，有机硅 烷发生水解形成硅醇，然后与氢氧化镁粉体粒子表面上的 羟基起反应并最终生成化学键。该反应过程可以用以下反 应式表示：
氢氧化镁缺点：一阻燃剂填充量大。研究表明，阻燃 剂氢氧化镁填充量有的达到50～150份之多，随阻燃剂填充 量的增大，阻燃效果得到很好的改善，但这样严重影响聚 合物材料的加工性能和物理力学性能；二，由于氢氧化镁 粉体表面含有大量的的酸性亲水基团-羟基，使其有较强的 极性和亲水性，易形成团聚体。这样，极性的阻燃剂与非 极性高分子材料之间的相容性和加工流动性变差，材料的 机械力学性能下降。用适当的改性剂对氢氧化镁进行表面 改性处理。表面改性处理即通过各种表面改性剂与颗粒表 面化学反应和表面包覆处理改变颗粒的表面状态，提高表 面活性，使表面产生新的物理、化学功能，从而改善或改 变粉体的分散性、和高分子材料的相容性等等。阻燃剂氢 氧化镁表面改性最常用的改性剂主要有两类：一类是硅烷 偶联剂，另一类是钛酸酯偶联剂。
实验部分
1.1 主要原料及仪器设备 1 主要原料：超细氢氧化镁粉体,平均粒径500 nm，北京化工大学超重力实验室；硅烷偶联剂 KH172, 广州君叶偶联剂有限公司产品。 2 仪器设备：电动搅拌机, D90-2F，杭州仪表电 机厂；扫描电子显微镜（SEM）,QUANTA200，荷兰 FEI 公司；X 射线能量色散谱（EDS）,6650， OXFORD 公司；傅立叶变换红外光谱仪 （FTIR）,Magna750，美国Nicolet 公司。
1.2 改性方法 用去离子水将超细氢氧化镁配成5%～7%（质量分数） 的浆料，调节搅拌机到一定转速，搅拌，混匀。称取一定 量的硅烷偶联剂，用酒精稀释，在超声槽中分散5 min， 然后倒入氢氧化镁浆液中，在一定温度下改性一定时间。 取出样品，抽滤、洗涤、干燥，得改性产品。 1.3 表征方法 1.3.1 活化指数的测定称取5g待测粉末样品，研细，称重。 然后加入到盛有100mL蒸馏水的烧杯中，搅拌，静置12 h。 将沉降于烧杯底部的样品过滤，抽干，干燥，称重。用原 样品的质量减去沉降于烧杯底部的样品质量，即可得 到飘浮部分的质量。由下式可计算出活化指数：
Si-X官能团也有可能与填料表面直接反应， 生成一个硅氧键和副产物HX，即：
由此可以看出，具有极性表面的氢氧化镁粉 体通过改性，表面结合了非极性的有机官能 团，其表面由亲水性转变为憎水性。这样， 作为阻燃剂的超细氢氧化镁和聚合物材料混 合时，其相容性和加工性能将得到很好的改 善。
3 结论
硅烷偶联剂KH172对超细氢氧化镁进行湿法 改性的最佳工艺条件是：偶联剂用量为氢氧 化镁质量的7%；改性温度为40℃；搅拌时间 为60min。改性后，硅烷偶联剂和超细氢氧 化镁之间形成了化学键，氢氧化镁表面由亲 水性变为憎水性，活化指数达到97.7%。
2 结果与讨论
2.1 硅烷偶联剂的用量对活化指数的影响
在温度为40℃、转速4000r/min、搅拌时间60min的条件 下，研究硅烷偶联剂的不同用量（相对于氢氧化镁干粉的 质量分数） 对活化指数的影响，结果见图1。
2.2 改性温度对活化指数的影响
在硅烷偶联剂用量7%、转速4000 r/min、搅拌时间60 min 的条件下，研究不同改性温度对改性效果的影响，结果见图 2。