新型高分子材料添加剂_表面改性纳米氢氧化镁的合成及性能研究

２００８年第３期

ＴＡＩＹＵＡＮＳＣＩ－ＴＥＣＨ

台秀梅，杜志平，张广良，赵永红

自２０世纪７０年代以来，阻燃剂已成为塑料橡胶制品中用量仅次于增塑剂的精细化学品。因此，开发高效低毒的阻燃剂是此研究领域内最活跃的研究课题之一［１－４］。纳米氢氧化镁属无机添加型阻燃剂，具有热稳定性好，无毒、抑烟、不挥发，不产生腐蚀性气体，同时受热分解形成的氧化镁也是良好的耐火材料等优点，是目前广泛使用的无卤阻燃剂之一［５］。无机阻燃剂具有较强的亲水性，而高分子化合物具有很强的亲油性，因此，要想使亲水性的无机阻燃剂与亲油性的高分子材料具有完好的相容性，就必须对其进行表面改性［６］。选用阴离子表面活性剂醇醚羧酸盐ＡＥＣ９Ｎａ作为表面改性剂，采用湿化学法一步合成表面改性纳米氢氧化镁。此方法工艺简单，反应条件温和。

１实验部分１．１

实验试剂

醇醚羧酸盐（ＡＥＣ９Ｎａ，工业品，中国日用化

学工业研究院）；氯化镁（ＭｇＣｌ２・６Ｈ２Ｏ，分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂）；氨水（分析纯，太原化肥厂化学试剂厂）；水为二次去离子水。所有实验试剂在使用前未做任何处理。

１．２合成方法

称取一定量的氯化镁，用去离子水配成一定浓

度的镁盐溶液，制得溶液Ａ；量取一定的氨水，用去离子水配成需要浓度的氨水溶液，再加入一定量

的表面改性剂制得溶液Ｂ［ｎ（Ｍｇ２＋）：ｎ（ＮＨ３Ｈ２Ｏ）＝

１：２．５］。在剧烈搅拌下，分别在不同改性剂浓度（改

性剂与镁的质量浓度比分别为０，０．１％，０．３％，

０．５％和０．７％）和不同温度下（２０℃，３０℃，４０℃，６０℃和８０℃）将溶液Ａ缓慢加入到溶液Ｂ中（加料

时间为３０ｍｉｎ左右），加完之后，继续搅拌３０ｍｉｎ，过滤，水洗至中性除去Ｃｌ－，将滤饼在８０℃真空烘箱干燥４ｈ，得到纳米氢氧化镁粉末产品。

１．３表征测试方法

利用Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）确定晶体结构，根

据Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式计算纳米粒子的微晶尺寸。测试条件为ＣｕＫα辐射，λ＝０．１５４０ｎｍ，加速电压４０ｋＶ，加速电流５０ｍＡ，利用比表面测定仪（ＢＥＴ）测定催化剂样品的比表面积。采用Ｎ２作为吸附气体，在－１９６℃下测定，通过Ｎ２吸附脱附等温线可以研究粉体材料表面的性质，并用ＢＥＴ方程计算样品比表面积；采用日立Ｈ—６００型透射电镜观察不同各样品的形貌特征；沉降体积的测量采用下面的方法：称取一定样的样品，精确至０．０１ｇ置于盛有

５０ｍｌ液体石蜡的带磨口塞的刻度量筒中，待试样

浸透后，上下振动，使试样分散均匀，在室温下静置，记录沉降体积；热重的测量采用德国ＮＥＴＩＣＨ公司生产的ＳＴＡ４０９Ｃ型热重仪，空气气氛中，升温速度为２０℃／ｍｉｎ，温度范围为３５℃～９００℃。

２实验结果与讨论

由于氢氧化镁表面可能带正电，选择阴离子表

面活性剂醇醚羧酸盐ＡＥＣ９Ｎａ作为改性剂来合成表面改性纳米氢氧化镁。

２．１合成样品的沉降体积

室温下以ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂在不同用量时合成

文章编号：１００６－４８７７（２００８）０３－００８３－０３

（中国日用化学工业研究院，山西

太原

０３０００１）

＊太原市科技局太原市表面活性剂工程中心项目资助

收稿日期：２００８－０１－１２；修回日期：２００８－０２－１３

作者简介：台秀梅（１９７５－），女，山西河津人。２００５年７月毕

业于中国日用化学工业研究院，工程师。

新型高分子材料添加剂

———表面改性纳米氢氧化镁的合成及性能研究摘

要：在室温下以阴离子表面活性剂ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂，合成了针状结构的纳米氢氧化镁。通过

ＸＲＤ，ＴＥＭ，沉降体积和热重分析，表明了合成的样品粒径为３５ｎｍ左右，与石蜡具有较好的相容

性。同时，通过热重的质量损失曲线，证明了合成的样品上含有改性剂。关键词：表面改性；Ｍｇ（ＯＨ）２；ＡＥＣ９Ｎａ中图分类号：ＴＱ１３２．２

文献标志码：Ａ

＊

应用技术

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样品的沉降体积的测试结果，见图１。通过沉降体积的测试，得出室温下改性剂的用量为０．５％，陈化时间为０．５ｈ时，合成的样品与液体石蜡的相容性最好；从图１可以看出，ＡＥＣ９Ｎａ用量为０．１％，

０．３％的样品的沉降体积相当，但当ＡＥＣ９Ｎａ的用量

为０．７％时，样品的沉降体积的测量结果明显变差，说明表面改性剂的用量存在一个最佳值，并不是用量越多越好。从样品与石蜡的相性就可证明阴离子表面活性剂ＡＥＣ９Ｎａ是一种比较有效的表面改性剂。

２．２合成样品的ＸＲＤ和ＴＥＭ表征结果

室温下以ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂用量为０．５％时合成

样品的ＸＲＤ测试结果，见图２。由图２可以看出，所合成的峰型完整，结晶状况良好，无其他杂相衍射峰出现，其衍射数据与标准谱图ＰＤＦ（４－４４７）的数据相吻合，证明所合成样品为氢氧化镁。根据

ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式［７］计算出合成样品的粒径为３６．９ｎｍ。

室温下以ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂用量为０．５％时合成的样品（３－ａ）和未加改性剂的样品（３－ｂ）的ＴＥＭ照

片，见图３。从图３可以看出，以此种方法合成的样品是针状结构，与未加改性剂的样品相比，添加改性剂之后，合成样品具有更大的粒径，与文献报道［８］相符合。合成样品的粒径与ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式计算出的结果相吻合。

２．３合成样品的热重分析结果

对于表面改性纳米氢氧化镁的热重分析结果，

可以预测至少有两个质量损失峰，一个是氢氧化镁的分解峰，大概在３８０℃左右，一个是表面改性剂的燃烧峰，大约在５５０℃左右。给出了室温下表面改性剂用量为０．５％时的合成样品的热重测量结果，见图４。从图４可以看出，样品的质量损失主要发

生在３３７℃～４５０℃之间，这个温度对应的是氢氧化镁分解为氧化镁的质量损失。在４５０℃时，样品的质量损失为３１．１％。而当温度到达５５０℃时，样品的质量损失为３１．５％，这主要是由于表面改性剂的质量损失，随着温度的进一步增加，当温度到达

９００℃时，样品的总质量损失为３３．７％，这可能是

由游离羟基的质量损失造成的。这个分析结果与预测结果基本相吻合［９］。从这个结果也可以得出，表面改性剂确实存在于合成的样品中，从而说明通过这种湿化学法改性，能起到表面改性的目的。

３结论

在室温下以阴离子表面活性剂ＡＥＣ９Ｎａ为改性

剂，用量为０．５％时合成了具有较优性能的表面改性纳米氢氧化镁，产品的粒径为３５ｎｍ左右，呈针状。以此方法合成的样品，与石蜡具有好的相容

图１

室温下以ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂不同用量时合成的样品的沉降体积

５５３５４０４５５０

３０２５

１０００

８０００

２００４００

６００ｔ／ｍｉｎ

沉降体积／ｍＬ

ＡＥＣ０．７未改性

ＡＥＣ０．１

ＡＥＣ０．３ＡＥＣ０．５图４

室温下表面改性剂用量用量为０．５％时合成样品的热重测量结果

１００

９００

７００

５００３００

１００

９０９５６５

７０７５８０８５Ｔ／℃

质量分数／％

３３７℃９７．０％

４５０℃６９．９％

５５０℃６８．５％图２

以ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂合成的纳米氢氧化镁的ＸＲＤ图

ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ／ｃｐｓ

１００１０１

１０２１１０

１１１

１０３２０１

２５００５００１０００１５００２００００２０

３０

４０

５０２０２０

２０

２θ

／（°）图３

室温下以ＡＥＣ９Ｎａ为改性剂的ＴＥＭ照片

３－ａ

改性剂用量为０．５％时合成的样品３－ｂ

未加改性剂的样品

１００ｎｍ１００ｎｍ

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性，为纳米氢氧化镁作为无机阻燃剂用于高分子材料提供了理论依据。

参考文献：

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李克民，任国光．氢氧化镁阻燃剂试生产报告［Ｊ］．阻燃材料与技术，１９９４（１）：８－１０．

［３］ＨｏｒｎｓｂｙＰＲ，ＷａｎｇＪ，ＲｏｔｈｏｎＲ，ｅｔａｌ．ＴｈｅｒｍａｌＤｄｅｃｏｍｐｏｓ－

ｉｔｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＰｏｌｙａｍｉｄｅＦｉｒｅ－ｒｅｔａｒｄａｎｔＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇＭａｇｎｅｓｉｕｍＨｙｄｒｏｘｉｄｅＦｉｌｌｅｒ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍＤｅｇｒａｄＳｔａｂ，１９９６（５１）：２３５－２４９．［４］

ＳａｉｎＭ，ＰａｒｋＳＨ，ＳｕｈａｒａＦ，ｅｔａｌ．ＦｌａｍｅＲｒｅｔａｒｄａｎｔａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮａｔｕｒａｌＦｉｂｒｅ－ＰＰＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＣ－ｏｎｔａｉｎｉｎｇＭａｇｎｅｓｉｕｍＨｙｄｒｏｘｉｄｅ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍＤｅｇｒａｄＳｔａｂ，

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徐建华，郝建薇，赵芸，等．纳米双羟基复合金属氧化物协同聚磷酸铵阻燃尼龙一６／聚丙烯燃烧及热降解行为的研究［Ｊ］．现代化工，２００２，２２（３）：３４－３７．

［６］王正洲，瞿保钧，范维澄，等．表面处理剂在氢氧化镁阻燃聚

乙烯体系中的应用［Ｊ］．功能高分子学报，２００１，１４（１）：４５－４８．

［７］黄惠忠．纳米材料分析［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００３．［８］胡章文，杨保俊，单承湘．纳米氢氧化镁的制备与结构表征

［Ｊ］．轻金属，２００４（７）：３９－４２．

［９］

ＷａｎｇＪＡ，ＮｏｖａｒｏＯ，ＢｏｋｈｉｍｉＸ，ｅｔａｌ．ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＴｈｅｒｍａｌＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＢｒｕｃｉｔｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｏｌ－ｇｅｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＭｇＯ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＬｅｔｔ，１９９８，３５（６）：３１７－３２３．

（实习编辑

梁志刚）

ＡＮｏｖｅｌＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌＡｄｄｉｔｉｖｅ

———ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＰｒｏｐｅｒｔｙＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｕｒｆａｃｅＭｏｄｉｆｉｅｄＮａｎｏ－Ｍｇ（ＯＨ）２

ＴＡＩＸｉｕ－ｍｅｉ，ＤＵＺｈｉ－ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＺＨＡＯＹｏｎｇ－ｈｏｎｇ

（ＣｈｉｎａＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＤａｉｌｙＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｓｉｎｇａｎｉｏｎｉｃｓｕｒｆａｃｔａｎｔＡＥＣ９Ｎａａｓｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｅｄａｇｅｎｔ，ｎａｎｏ－Ｍｇ（ＯＨ）２ｗｈｉｃｈｈａｓｎｅｅｄｌｅｓｈａｐｅｗａｓｓｙｎ－ｔｈｅｓｉｚｅｄａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＴｈｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＸＲＤ，ＴＥＭ，ｓｅｔｔｌｉｎｇｖｏｌｕｍｅａｎｄＴＧ．Ｅｘｐｅｒｉ－ｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｗｈｉｃｈｈａｓｗｅｌｌｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｏｌｅｆｉｎｉｓａｂｏｕｔ３５ｎｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｉｓｍｏｄｉｆｙｉｎｇａｇｅｎｔｉｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｔｈｒｏｕｇｈＴＧａｎａｌｙｓｉｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ｍｇ（ＯＨ）２；ＡＥＣ９Ｎａ

到供暖供热水所需要的温度。要求供应６０℃以上的热水时，可增设电热水器或煤气锅炉进行补充加热。根据太阳能利用方式可以设立直接蒸发式太阳热泵以及采用太阳能制取的热水作为低温热源的水源热泵。后者是真正的太阳能热水及水源热泵综合集成系统。它将太阳能热水系统与水源热泵通过有机复合实现太阳能利用供热，既能够提供生活用热水，又可以将热水作为水源热泵热源对建筑物供热。在这个系统中，热水箱可通过布置聚乙烯管作为热交换器，将循环水加热后供给水源热泵作为低温热源。太阳能热泵系统可以适用于冬季温度较低的地区，并且通过辅助热源提高系统蒸发温度，可

以防止蒸发器表面结霜。根据２００２年１２月在北京燕郊开发区某建筑中测试，在最低环境气温－１６℃时，机组仍能正常运行，ＣＯＰ可达１．８，在－１０℃以上的环境温度中，太阳能热泵系统的运行效率可比普通风冷热泵提高３０％以上。

参考文献：

［１］何梓年，朱宁，刘芳，等．太阳能吸收式空调及供热系统的设

计和性能［Ｊ］．太阳能学报，２００１，２２（１）：６－１１．

［２］ＷａｎｇＲＺ，ＬｉＭ，ＸｕＹＸ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍｏｆｓｏｌａｒｐｏｗｅｒｅｄｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｃｅｍａ－ｋｅｒ［Ｊ］．ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙ，２０００，６８（２）：１８９－１９５．

（实习编辑

刘旭东）

ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＨＶＡＣ

ＷＡＮＧＤｏｎｇ－ｑｉｎｇ

（ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００１３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｏｎｈｅａｔｉｎｇ，ａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇａｎｄｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ．Ｓｅｖｅｒａｌｉｎ－ｔｅｇｒａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｓｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｆｏｒｓａｖｉｎｇｅｎｅｒｇｙｉｎｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ；ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ；ｈｅａｔｉｎｇＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎａｉｒ－Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ

（上接第８２页）

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