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层状氢氧化物(layered double hydroxides,缩写为LDHs)是一类阴离子粘土,它由带正电荷的氢氧化物层、层间的阴离子以及层间水构成。它的组成通式可以写成[M2+1-xM3+x(OH)2]x+An-x/n·yH2O,其中M2+和M3+分别代表二价、三价金属阳离子,An-是层间阴离子,y是层间结晶水的个数。该层状结构与组成,赋予了LDHs特殊的化学性质,使其在许多领域得到广泛应用。因为它受热分解可以吸收大量的热,并放出水和CO2等不燃性气体来降低燃烧物体表面氧气的浓度,分解得到的碱性多孔物质与塑料表面的碳化膜可以隔绝氧气和热量的传递,可用作无卤阻燃剂;其表面的碱性中心可以吸收游离的HCl,阻止PVC的自催化消除HCl反应,因此可用作PVC热稳定剂。层状氢氧化物制备过程简单,对环境友好,无卤无毒,在塑料添加剂行业正在蓬勃发展。 本论文主要研究了几种层状氢氧化物的合成、改性及在PVC热稳定剂方面的应用可能性。首先用绿色合成方法合成了镁铝型、锌铝型二元水滑石,镁锌铝型、锌钙铝型、镁钙铝型三元水滑石、镁锌钙铝型四元水滑石,通过XRD对其进行了表征,研究了金属离子对LDHs结构的影响,结果表明它们均具有典型层状结构,且结晶性良好。其次,用离子交换法制备了硼酸根插层的层状氢氧化物,XRD和FT-IR证明,硼酸根已经进入LDHs层间。 为了提高LDHs与PVC树脂的相容性,本文比较了不同改性方法和改性剂(硬脂酸、对羟基苯甲酸、十二烷基苯磺酸钠)的改性效果,并通过活化指数测试确定了改性剂的用量、改性时间以及改性温度。结果表明,改性剂并没有改变LDH的结构,只是包覆在样品表面,改善了LDHs与PVC材料的相容性。 最后将改性后的层状氢氧化物干燥、研磨,与PVC在160℃下混炼,在180℃下测试其热稳定性。结果表明:本论文合成的层状氢氧化物可以大大提高PVC树脂的热稳定性,其中某些Ca掺杂样品的性能远远好于一个日本样品;硬脂酸改性的LDHs更能发挥其热稳定剂的作用;LDHs的粒径越小,在PVC中的分散性越好,热稳定效果越好。