樊慧庆等：掺杂三氧化二锑的钛酸铋钠钾陶瓷的显微结构和电学性能· 103 ·第41卷第4期DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.04.00 镁铝水滑石阻燃剂表面改性及其机理徐圣，曾虹燕，赵策，廖梦尘，杨永杰，张伟，陶静，肖华淼(湘潭大学化工学院，湖南湘潭 411105)摘要：采用三聚磷酸钠(STPP)对镁铝水滑石(MAH)进行表面改性。
X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱、热重–差热、红外光谱比表积测试和粒度分析对改性前后的镁铝水滑石进行表征，考察了改性前后镁铝水滑石的吸油性能和润湿性能。
结果表明：三聚磷酸根(5310P O−)包覆于镁铝水滑石粒子表面，改性后的镁铝水滑石粒子表面疏水性增强，分散性明显提高。
将改性前后镁铝水滑石样品与聚丙烯(PP)混合固化，测试其复合材料(MAH/PP、SMAH/PP)阻燃性和力学性能，发现相对于MAH/PP，SMAH/PP复合材料力学性能有所提高，阻燃性能也得以改善。
关键词：镁铝水滑石；阻燃剂；改性；三聚磷酸钠；聚丙烯中图分类号：TQ132.2，TQ326.9 文献标志号：A 文章编号：0454–5648(2013)04–网络出版时间：网络出版地址：Surface Modification of the Mg–Al Hydrotalcite Flame-retardantXU Sheng，ZENG Hongyan，ZHAO Ce，LIAO Mengchen，YANG Yongjie，ZHANG Wei，TAO Jing，XIAO Huamiao (School of Chemical Engineering, Xiangtan University, Xiangtan 411105, Hunan, China)Abstract: The surface modification of Mg–Al hydrytalcite particle (MAH) by sodium tripolyphosphate (STPP) was carried out. The unmodified and modified MAHs(MAH and SMAH, respectively) were characterized by X-ray diffraction, scanning electron micros-copy, energy dispersive spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, thermogravimetric-derivative thermogravimetric analysis, specific surface area measurement and particle size analysis, respectively. The oil absorption and wettability of the particleswere investigated. The results show that the surface of the MAH is coated by5310P O−in the modification process. The hydrophobic property of the SMAH particles was strengthened, and the congeries dispersibility was improved. The composites (MAH/PP, SMAH/PP) were obtained by mixing MAH and SMAH into Polypropylene (PP), respectively. The flame retardancy and mechanical properties of the composites were analyzed. Compared to the MAH/PP sample, the mechanical properties of the SMAH/PP composite was in-creased, and the flame retardancy was enhanced.Key words: Mg–Al hydrotalcite; flame retardant; modification; sodium tripolyphosphate; polypropylene低烟无卤阻燃材料可以避免含卤阻燃材料燃烧时所带来的二次污染，是阻燃材料的发展趋势。
当今，开发低烟无卤阻燃剂在世界范围内仍是一个技术难题。
作为无机无卤阻燃材料，镁铝水滑石(MAH)兼具Al(OH)3和Mg(OH)2之阻燃优点，并避免它们各自的缺陷，具阻燃、消烟、填充和热稳定性等多种功能，是一种高效、环保、消烟型无毒无卤的新型阻燃剂[1–2]。
但MAH粒子表面存在的大量非架桥羟基，使其表面结构不稳定，相互之间极易形成氢键而团聚形成二次粒子，使粒子粒径变大，分散性差，与高分子材料相容性差，严重地影响塑料制品的拉伸强度、伸长率等力学性能[3–5]。
为了改善MAH阻燃剂的性能，提高其阻燃效率，必须对其表面进行改性，以改进MAH粒子的分散性和相容性，增强高分子材料的机械力学等性能。
三聚磷酸钠(STPP)是一种链状的缩合磷酸盐，易溶于水，对金属离子有显著的螯合能力，为工业中常用助剂或食品添加剂，是高岭土、氧化镁和碳收稿日期：2012–09–11。
修订日期：2012–10–30。
基金项目：湖南省自科基金重点项目(12JJ2008)；2012年湖南省大学生创新性实验计划资助项目。
第一作者：徐圣(1987—)，男，硕士研究生。
通信作者：曾虹燕(1963—)，博士，教授。
Received date:2012–09–11. Revised date: 2012–10–30.First author: XU Sheng (1987–), male, Master candidate.E-mail: xutiandasheng@Correspondent author: ZENG Hongyan (1963–), female, Ph.D., Professor. E-mail: hyzeng@第41卷第4期2013年4月硅酸盐学报JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol. 41，No. 4April，20132013-03-02 09:39/kcms/detail/11.2310.TQ.20130302.0939.016.html硅酸盐学报· 104 ·2013年酸钙的有效分散剂[6]。
本文采用超重力反应器制备MAH前体，用STPP对前体进行表面改性处理，在不改变水滑石结构的基础上，钝化其表面，改善MAH粒子的分散性及其与聚合物基体的亲和性。
通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)、热重–差热(TG–DTG)、红外光谱(FTIR)及其高斯拟合等表征，研究STPP对MAH的改性机理和界面结合方式，并将其用于聚丙烯(PP)中，探究改性对MAH 的分散性、阻燃性，以及PP的机械力学性能的影响。
1 实验1.1原材料聚丙烯(K8303，燕山石化)，液体石蜡(天津光复精细化工研究所)。
所用试剂均为分析纯。
螺旋转通道型反应器(RBHC，湘潭大学自制)；高速混合机(GH-10A，北京塑料机械厂)；双螺杆挤出机(SHJ-30A，南京橡塑机械厂)；微型注模机(WZM-I，吉林大学科教仪器厂)。
1.2检测设备日本理学D/MAX-3C型粉晶衍射仪(XRD，辐射源Cu Kα，电压40kV，电流30mA，扫描速度2 (°)/min)；日本电子株氏会JSM-6700F型场发射电子扫描电镜携GENESIS60S型能谱仪；美国PE公司Specrum Qne B型Fourier变换红外光谱仪(分辨率4cm−1，扫描100次)；英国Malvern公司Mastersizer 2000型激光粒度分析仪；日本精工热重差热综合热分析仪(TG/DTA6300，氮气，气体流量为500cm3/min，线性升温速率10℃/min)；美国Quantachrome公司 NOV A-e1000物理吸附仪(200℃，真空脱气)。
氧指数及垂直燃烧级别(ANSI/UL94)按GB/T 2406.2—2009测定；拉伸强度、断裂伸长率按GB/T1040.1—2006测定；弯曲强度按GB 1042—79测定；缺口冲击强度按GB/T 1843—1996测定(缺口角度45°，缺口深度2mm，底部曲率半径为0.2mm，摆锤测试速度3.8m/s)。
1.3样品制备参照文献[7]采用螺旋通道超重力反应器制备Mg/Al摩尔比为3:1镁铝水滑石，100℃干燥6h，制成镁铝水滑石前体，记为MAH。
称取100g的MAH置于300mL蒸馏水中，40℃搅拌混合，加热至60℃，加入7%的STPP (以MAH质量分数计)，继续搅拌90min。
洗涤抽滤，100℃干燥6h，即得改性MAH，记为SMAH。
分别将10份(以质量计)的MAH和SMAH与100份(质量计)的PP相混合，100℃干燥2h，于双螺杆挤出机(料筒温度240℃，螺杆转速250r/min)共混挤出造粒，制得MAH和SMAH与PP的复合材料，分别记为MAH/PP和SMAH/PP。
MAH/PP和SMAH/PP在100℃干燥2h，微型注塑机制备样条(80mm×10mm×4mm)升温至220℃，保压冷却20 s。
采用相应的国家标准对样条进行性能测试。
1.4 吸油值参照国标GB/T 7046—2003测定MAH和SMAH的吸油值。
检测前，样品100℃干燥40min。
室温下精确称取(2.0±0.001)g干燥样品(m)，置于干净表面皿上，滴定邻苯二甲酸二辛脂(m1)，玻棒搅拌使样品与该辛脂充分混合均匀，直至样品与其粘结成团，无散落的干燥样品即为终点。
吸油值f计算公式：1100%mfm=× (1) 1.5润湿性精确取2.00g干燥样品(MAH或SMAH)于带塞量筒内(±0.1mL)，加入一定量液体石蜡将样品完全浸润后，再加石蜡至20mL。
25℃振荡(240次/min)2min，使样品在液体石蜡中分散均匀。
静置180min，期间适时读取对应液体石蜡体积。
2 结果与讨论2.1改性MAH结构评价2.1.1 SEM分析图1为MAH与SMAH的SEM照片。