水滑石阻燃劑熱相變行為及其熱力學分析.pdf

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1、第３５卷，第１期光譜學與光譜分析Vol.３５，No.１，pp１４-１８２０１５年１月SpectroscopyandSpectralAnalysisJanuary，２０１５水滑石阻燃劑熱相變行為及其熱力學分析*張治青，廖夢塵，曾虹燕，徐圣，徐理華，朱培函，楊永杰湘潭大學化工學院，湖南湘潭４１１１０５摘要水滑石（LDH）具有阻燃、消煙、填充和熱穩(wěn)定性等功能，是無機阻燃劑的新品種，以尿素為沉淀劑制備Mg／Al摩爾比為４的鎂鋁水滑石（MgAl-LDH）阻燃劑。通過X射線衍射光譜（XRD）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）和熱重-差示掃描量熱法（TG-DSC）等表征手段，以及結合去卷積及曲線

2、擬合分析，研究了MgAl-LDH阻燃劑的熱分解行為，探求其熱相變規(guī)律，特別是熱解相變過程中層板羥基（—OH）的存在形式和層２－間碳酸根（CO３）的配位變化，并從熱力學角度對其熱分解過程進行了分析討論。XRD表征發(fā)現(xiàn)，隨著溫度２－的升高，LDH阻燃劑主體層板結構發(fā)生晶相轉變，５００℃時層間CO３基本脫除生成鎂鋁雙金屬混合氧化物（Mg—Al—O），６００℃有雜相MgAl２O４尖晶石晶相生成?；贔T-IR和TG-DSC表征和曲線擬合分析，發(fā)現(xiàn)LDH阻燃劑主體層板—OH存在［Al—OH—Al］，［Al—OH—Mg］和［Mg—OH—Mg］三種形式，各結構單元中的—OH析出難易程度有所不

3、同，［Mg—OH—Mg］最難析出，［Al—OH—Mg］次之，而［Al—２－OH—Al］較易；層間CO３亦有三種配位方式，即橋聯(lián)配位、單齒配位和雙齒配位。從熱力學角度對MgAl-LDH阻燃劑的熱力學性質進行了估算，得到了Mg８Al２（OH）２０CO３晶體的吉布斯自由能（rGT）隨溫度變化θ的明確表達式。當溫度（T）高于２２８.６５℃時，吉布斯自由能（rGT）小于零，MgAl-LDH發(fā)生分解Δ，層板中—OH析出過程是自發(fā)進行的。該結果與TG-DSC實驗結果接近，表明熱力學估算所得吉布斯自由能θ（rGT）與溫度（T）的關系是可靠的。Δ關鍵詞水滑石；阻燃劑；熱分解；配位方式；熱力學；晶

4、相轉變中圖分類號：O６５７.３文獻標識碼：ADOI：１０.３９６４／j.issn.１０００-０５９３（２０１５）０１-００１４-０５［４-６］算的研究還鮮有報道。采用XRD，F(xiàn)T-IR和TG-DSC等引言技術手段，探求LDH阻燃劑煅燒過程中熱分解相變規(guī)律，闡明LDH熱分解機理，并根據(jù)相變熱力學探明其熱分解過水滑石（LDH）是一類具層狀雙羥基復合金屬氧化物的程中的相變規(guī)律，預測LDH熱相變行為和特性，為其使用［１］新型無機功能材料，廣泛應用于阻燃、催化、吸附等領域。和加工提供理論依據(jù)。特別是近年來在阻燃方面的研發(fā)應用受到極大關注，鎂鋁水滑石阻燃材料兼具Al（OH）３和Mg（OH）

5、２之阻燃優(yōu)點，并１實驗部分避免它們各自的缺陷，具阻燃、消煙、填充和熱穩(wěn)定性等多種功能，是一種高效、環(huán)保、消煙型無毒無鹵的新型阻燃1.1水滑石阻燃劑的制備［２，３］－劑。熱分解性能是阻燃劑最為重要的性能之一，研究其采用尿素法參照文獻［７］，按urea／NO３摩爾比為４制熱分解規(guī)律、能量變化等對確定阻燃劑使用極限、優(yōu)化阻燃備Mg／Al摩爾比為４∶１的MgAl-LDH阻燃劑，記為LDH。材料加工工藝具有重要作用。前人已對LDH熱解過程進行部分樣品分別于２００，３００，４００，５００和６００℃下煅燒得了研究和探討，其受熱分解分為兩個吸熱分解階段，經(jīng)歷脫MgAl-LDO，分別記為LDO-

6、２００，LDO-３００，LDO-４００，水、脫羥基、脫碳的分解過程，但熱解過程中LDH層板—LDO-５００和LDO-６００。２－OH存在形式和層間CO３配位變化規(guī)律及其熱力學數(shù)據(jù)估1.2表征方法收稿日期：２０１３-１２-０１，修訂日期：２０１４-０４-０５基金項目：湖南省自科基金重點項目（１２JJ２００８），湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金項目（１２K０４８），２０１２年湖南省大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目（２０１２１０５３０）資助作者簡介：張治青，１９８８年生，湘潭大學化工學院碩士研究生e-mail：zhangzhiqing.５６＠１６３.com*通訊聯(lián)系人e-mail：hyzeng＠x

7、tu.edu.cn第１期光譜學與光譜分析１５采用日本理學D／MAX－３C型粉晶衍射儀進行XRD表近為表層吸附H２O及層間結晶H２O彎曲振動（-OHδ）特征－１－１２－征，CuK輻射α，掃描速度４°?min；采用美國PE公司峰。２３５６和２９３０cm附近為CO３與層間H２O的橋聯(lián)配－１２－SpecrumQneB型傅里葉變換紅外光譜儀進行IR分析（KBr位振動。１３８４和１０５４cm處分別對應LDH層間CO３的－１壓片）；采用NETZSCH公司STA-４０９PC型熱分析儀（TG-反對稱伸縮振動（