新型反應(yīng)器制備阻燃型Mg(OH)2、LDHs納米粉體及其應(yīng)用研究.pdf

1、納米材料因具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，表現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，從而在催化、阻隔、阻燃、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及新材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是由于納米顆粒具有奇特的活性，很容易產(chǎn)生團(tuán)聚，使得納米材料的納米效應(yīng)不能充分發(fā)揮，而且多數(shù)納米材料還只停留在實(shí)驗(yàn)室的少量合成階段，因此限制了其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用。目前市場(chǎng)上用的阻燃劑仍然以鹵族元素為主，對(duì)環(huán)境安全和環(huán)保帶來較大隱患。本文主要針對(duì)以上問題根

2、據(jù)相關(guān)原理設(shè)計(jì)并制備了兩種新型反應(yīng)器來探索大量合成無機(jī)納米粉體新工藝，并將制備的無機(jī)納米粉體通過原位聚合和填充改性的方法制備聚合物基無機(jī)納米復(fù)合材料來對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，并對(duì)相關(guān)性能進(jìn)行檢測(cè)，具體如下：
　　（1）在研制復(fù)合剪切力反應(yīng)器制備油酸根原位改性針狀氫氧化鎂（OA-MH）納米粉體過程中，通過特殊結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器將機(jī)械力，流體力，氣體力組成復(fù)合剪切力，油酸鈉作為包覆改性劑，來共同控制晶體的成核與生長(zhǎng)，并首次將二次流的剪切力作用引入到制

3、備無機(jī)納米材料的研究中。機(jī)械剪切力、流體剪切力、氣體力，不但防止了顆粒的團(tuán)聚而且將大顆粒剪碎變小，使顆粒的粒徑趨于均一化。特殊的多反應(yīng)室結(jié)構(gòu)和反應(yīng)室間的擋板以及擋板的小孔結(jié)構(gòu)，在攪拌器高速攪拌下，使得流體呈“散開-上流-聚集”自下而上循環(huán)反應(yīng)模式，不僅相對(duì)延長(zhǎng)了流體在反應(yīng)室內(nèi)的有效反應(yīng)的路徑，從而限制了流體流出的速度，而且在機(jī)械力產(chǎn)生的機(jī)械力化學(xué)和流體力產(chǎn)生的流體力化學(xué)的作用下使得剪切充分、反應(yīng)充分、包覆充分。氣體的通入不僅可以沖擊粒子

4、防止粒子團(tuán)聚，而且在表面活性劑或類表面活性劑存在下通過復(fù)合剪切力的作用，形成很薄的且較穩(wěn)定的液膜，提供較穩(wěn)定的納米環(huán)境，加上低溫條件，因此顆粒主要在一維方向生長(zhǎng)，最終形貌呈針狀。
　　（2）在研制兩級(jí)反應(yīng)器制備片狀復(fù)合金屬氫氧化物（LDHs）納米顆粒時(shí)，在LaMer模型的基礎(chǔ)上，首次將與質(zhì)量傳遞有關(guān)的surface renewal模型與eddy cell模型引入到制備無機(jī)納米材料的研究中。在制備納米顆粒的反應(yīng)過程中，分散輪、分散槽

5、主要實(shí)現(xiàn)介觀尺度水平的分布手段，使成核離子快速均勻微觀混合，在該階段主要進(jìn)行晶體的成核；攪拌輪主要實(shí)現(xiàn)分子尺度水平的傳質(zhì)手段，使晶核同步增長(zhǎng)， 在該階段主要進(jìn)行晶體的生長(zhǎng)；分散輪、分散槽、攪拌輪在空間上至上而下垂直排列并通過傳動(dòng)桿鏈接，使晶體成核與生長(zhǎng)有效分開，并形成至上而下的反應(yīng)模式，突破了傳統(tǒng)反應(yīng)器只具有分散功能或只具有攪拌功能，不能均相成核和同步均勻生長(zhǎng)的弊端。氣體從底部通入在液體外部形成的大量宏觀氣體渦流和在液體內(nèi)部形

6、成的大量微觀渦流進(jìn)一步促進(jìn)了質(zhì)量傳遞水平，因此所得顆粒的尺寸較小，分布較窄。
　?。?）在原位本體聚合制備ZnMgAl-CO3 LDHs/PMMA納米復(fù)合材料時(shí)，采用超聲與機(jī)械攪拌相結(jié)合的方法來促進(jìn)ZnMgAl-CO3 LDHs膠體粒子均勻分散于無水乙醇中，通過使用油酸分子對(duì)膠體粒子外表面進(jìn)行表面化學(xué)改性后，ZnMgAl-CO3 LDHs粉體能均勻地分散在MMA單體中，從而在自由基聚合過程中能制備出納米粒子分散性較好的納米復(fù)合材料

7、。在ZnMgAl-CO3 LDHs添加量?jī)H為2％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的條件下，OA-ZnMgAl-CO3 LDHs/PMMA納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性明顯高于ZnMgAl-CO3 LDHs/PMMA納米復(fù)合材料純PMMA。這種熱穩(wěn)定性的提高主要取決于納米粒子的較好的分散性以及納米粒子與聚合物基體材料之間較強(qiáng)的黏附力。
　　（4）在填充改性 EVA過程中，采用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒和采用注塑機(jī)成型的方法來制備標(biāo)準(zhǔn)樣條并對(duì)相關(guān)性能進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)納米級(jí)

8、MH含量在4%時(shí)，粘度出現(xiàn)一個(gè)突變，反而比MH含量2%的聚合物熔體還要低，并且黏度在整個(gè)剪切速率范圍都低于其它填充量的粘度，表明MH含量在4%聚合物流動(dòng)性為最佳填充量，而且MH的含量在4%時(shí)，拉伸強(qiáng)度也最好，說明加工性能較好的聚合物復(fù)合材料可明顯改善聚合物的力學(xué)性能。ZnMgAl-CO3 LDHs/MH復(fù)配在16%-20%填充量范圍內(nèi)聚合物的燃燒性能達(dá)到UL-94（1.5mm）V-2級(jí)別是因?yàn)閆nMgAl-CO3 LDHs納米粒子具有催