水滑石阻燃剂热相变行为及其热力学分析

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MgAl-LDH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MgAl-LDH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（ΔrGθT）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（ΔrGθT）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（ΔrGθT）与温度（T）的关系是可靠的。

关键词：水滑石、阻燃剂、热分解、配位方式、热力学、晶相转变

分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：湖南省自科基金重点项目12JJ2008;湖南省高校创新平台开放基金项目12K048;2012年湖南省大学生创新性实验计划项目201210530

在线出版日期：2015-01-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：14-18