水滑石阻燃剂热相变行为及其热力学分析

编号：FTJS05790

篇名：水滑石阻燃剂热相变行为及其热力学分析

作者：张治青 ;廖梦尘 ;曾虹燕 ;徐圣 ;徐理华 ;朱培函 ;杨永杰

关键词：水滑石 阻燃剂 热分解 配位方式 热力学 晶相转变

机构： 湘潭大学化工学院

摘要： 水滑石（LDH）具有阻燃、消烟、填充和热稳定性等功能,是无机阻燃剂的新品种,以尿素为沉淀剂制备Mg/Al摩尔比为4的镁铝水滑石（MgAl-LDH）阻燃剂。通过X射线衍射光谱（XRD）、傅里叶红外光谱（FT-IR）和热重-差示扫描量热法（TG-DSC）等表征手段,以及结合去卷积及曲线拟合分析,研究了MgAlLDH阻燃剂的热分解行为,探求其热相变规律,特别是热解相变过程中层板羟基（—OH）的存在形式和层间碳酸根（CO2-3）的配位变化,并从热力学角度对其热分解过程进行了分析讨论。XRD表征发现,随着温度的升高,LDH阻燃剂主体层板结构发生晶相转变,500℃时层间CO2-3基本脱除生成镁铝双金属混合氧化物（Mg—Al—O）,600℃有杂相MgAl2O4尖晶石晶相生成。基于FT-IR和TG-DSC表征和曲线拟合分析,发现LDH阻燃剂主体层板—OH存在[Al—OH—Al],[Al—OH—Mg]和[Mg—OH—Mg]三种形式,各结构单元中的—OH析出难易程度有所不同,[Mg—OH—Mg]最难析出,[Al—OH—Mg]次之,而[Al—OH—Al]较易;层间CO2-3亦有三种配位方式,即桥联配位、单齿配位和双齿配位。从热力学角度对MgAlLDH阻燃剂的热力学性质进行了估算,得到了Mg8Al2（OH）20CO3晶体的吉布斯自由能（ΔrGT^θ随温度变化的明确表达式。当温度（T）高于228.65℃时,吉布斯自由能（ΔrGT^θ小于零,MgAl-LDH发生分解,层板中—OH析出过程是自发进行的。该结果与TG-DSC实验结果接近,表明热力学估算所得吉布斯自由能（ΔrGT^θ与温度（T）的关系是可靠的。