水滑石阻燃研究论文

这个的分散要用到白油 也就是石蜡油 这是比较经济的分散方法

层状双氢氧化物（简称LDHs）又称水滑石（HT），由于具有独特的层状结构和奇特的性能，添加到聚合物之中，具有环境友好、高效无毒、有效抑烟等优点，其相关研究已成了近几年研究的热点。稀土元素由于具有特殊的电子结构，使其在催化、发光、磁性等领域的应用具有很大的潜力，特别是作为耐火材料添加剂的相关领域的研究受到了广泛重视。从已报道的相关文献来看，一般是以螯合物形式将稀土元素负载到层状双氢氧化物的层间，而直接将稀土元素通过同晶取代置换到LDHs层板上的报道还很少。本论文将采用报道不多，制备简单的微波晶化低饱和共沉淀法，快速制备出一系列含稀土LDHs，考察了掺杂稀土量对LDHs结构的影响，并将其运用到聚合物中研究其对聚合物的阻燃性能、力学性能，抑烟性能等的影响，获得了以下具有创新性的结果。When layered double hydroxides (LDHs), also called hydrotalcites (HT) are added into polymers, they have the advantages of environmental friendly, highly efficient, nontoxic, smoke inhibiting and other properties due to their unique stratified structure and peculiar performance, and this relevant study has become the major focus of researchers in recent years. In view of rare earth elements’ special electronic structures, it has a great application potential in the fields of catalysis, luminescence and magnetism; particularly as an additive to refractory materials, studies in this related field has been attracting extensive attentions. From the perspective of published documentations, generally the rare earth elements are loaded in between the layers of LDHs in the form of chelate complex; there are limited reports on the method of directly replacing rare earth elements on the layers of LDHs by isomorphous substitution. This essay adopts the rarely reported and simple method of microwave crystallized low saturation co-precipitation to quickly prepare a series of LDhs with rare earth contents; as well as investigates the impact on LDHs’ structure by various different quantities of rare earth doping, and applies it to study its effects on polymers in terms of flame retardation, mechanical property, smoke inhibiting property and so on. The following are the creative results obtained: 通过低饱和态共沉淀法，辅助微波手段，制备了系列含稀土Ce和La的LDHs；并通过XRD和FT-IR等对其结构进行了表征，筛选出结晶度高，晶相单一的样品Zn-Al-Ce-LDHs（n(Zn2+)/n(Al3+)=x，n(Ce4+)/n(Al3+)=y），将其用于聚丙烯（PP）中，考察了复合材料的阻燃性能。当Zn-Al-Ce-LDHs添加量为10%时，将PP的极限氧指数由提高到42%，而且随着添加量的提高，极限氧指数也随之升高，与添加量呈线性关系。当Zn-Al-Ce-LDHs添加量为50%时，PP的极限氧指数可达到58%，说明Zn-Al-Ce-LDHs能有效地提高复合材料的阻燃性能。A series of LDHs with cerium and lanthanum were prepared by low saturation co-precipitation assisted by microwave means, and by characterizing their structures with X-ray diffraction and FT-Infrared spectroscopy, high crystalline, single crystal phase samples of Zn-Al-Ce-LDHs were selected. [(n(Zn2+)/n(Al3+)=x，n(Ce4+)/n(Al3+)=y)]. Then they were applied to Polypropylene (PP) and the flame retardant property of the composite materials was investigated. When the addition of Zn-Al-Ce-LDHs was 10%, the limited oxygen index of PP was elevated from to 42%, and the index kept on rising as the amount of addition was increased, indicating a linear relationship with the amount of addition. When the addition of Zn-Al-Ce-LDHs was 50%, the limited oxygen index of PP could reach 58%, this showed that Zn-Al-Ce-LDHs can effectively improve the flame retardant property of the composite materials.采用不同类型的LDHs、在复合材料中保持相同的添加量，研究了LDHs/PP复合材料的热稳定性，结果表明：在低温段，Zn-Al-Ce-LDHs能有效的延缓复合材料的热降解的反应的发生；在高温段，Zn-Al-Ce-LDHs/PP的残炭量明显高于Mg-Al-LDHs/PP、Mg-Al-Ce-LDHs/PP，说明Zn-Al-Ce-LDHs具有明显的促进复合材料成炭的效果。在采用相同Zn-Al-Ce-LDHs、不同LDHs添加量的复合材料中，复合材料的热稳定性和残炭率仅与添加量有关，且残炭量与添加量基本呈线性关系。The thermal stability of LDHs/PP composite materials was studied by adopting different types of LDHs with similar amount of addition to the composite materials; the result had shown that at the low temperature range, Zn-Al-Ce-LDHs could effectively delay the composite materials’ reaction to thermal degradation; while at the high temperature range, the char residue of Zn-Al-Ce-LDHs/PP was significantly more than that of Mg-Al-LDHs/PP and Mg-Al-Ce-LDHs/PP; this explained the distinct effect of Zn-Al-Ce-LDHs in promoting char formation of the composite materials. When adopting similar Zn-Al-Ce-LDHs with different amounts of addition, the thermal stability and char residue of the composite materials were only relative to the amounts of addition, and the char residue and the additions basically showed a linear relationship. 将Zn-Al-Ce-LDHs与EVA进行熔融混合制备成复合材料，对其进行极限氧指数以及锥形量热等燃烧性能测试，结果表明：当Zn-Al-Ce-LDHs的添加量少于40%时，对复合材料的阻燃性提高不明显，但是超过40%时，对复合材料的阻燃性有了大幅度的提高，同时，复合材料的热释放速率和烟释放速率随着Zn-Al-Ce-LDHs添加量的升高而降低，说明Zn-Al-Ce-LDHs对EVA材料的燃烧和发烟具有明显的抑制作用。对复合材料进行热重分析，结果表明：Zn-Al-Ce-LDHs可以有效延缓EVA材料的热分解，并可促进EVA材料的成炭作用，复合材料的热稳定性与Zn-Al-Ce-LDHs的添加量具有线性关系。A composite material was prepared by melt compounding Zn-Al-Ce-LDHs with EVA, and flammability testing such as limited oxygen index and cone calorimetry was conducted; the results had shown that when the amount of Zn-Al-Ce-LDHs addition was less than 40%, there was no obvious enhancement of flame retardant property of the composite material; but when exceeding 40%, the flame retardant property of the composite material increased remarkably; at the same time, the heat and smoke emission rates of the composite material decreased as the addition of Zn-Al-Ce-LDHs was increased; this explained that Zn-Al-Ce-LDHs had a significant inhibiting function on the combustion and fuming of EVA materials. The results of thermogravimetric analysis conducted on the composite material had shown that Zn-Al-Ce-LDHs could effectively delay the thermal degradation of EVA material and promote its char formation function; it was also noted that the thermal stability of composite materials and the amount of addition of Zn-Al-Ce-LDHs had a linear relationship. 【英语牛人团】

水滑石类层状化合物（LDHs）是一类具有广阔应用前景的阴离子型层状化合物，主要由水滑石（HT）、类水滑石（简称HTLC）和它们的插层化学产物柱撑水滑石（PillaredLDH）构成。由于水滑石类层状化合物层板间由两种不同价型的金属氧化物组成，所以又称层状双金属氧化物。

水滑石类化合物由于其独特的结构特征，具有层间离子的交换性和晶粒尺寸分布的可调控性等一些特征，使得其在催化、紫外阻隔材料、红外吸收阻隔材料、抑菌剂、医药、有机合成、离子交换和吸附、阻燃等方面具有广泛的应用，开发利用前景十分广阔。

1、水滑石类层状化合物的性能

（1）碱性

LDHs的层板上含有碱性位，具有碱催化能力。氢氧基团位于以Al为中心的正四面体顶端。

（2）层间阴离子的可交换性

LDHs层间阴离子可与各种阴离子如无机阴离子、有机阴离子、同多和杂多阴离子以及配位化合物阴离子进行交换，从而调变了层间距，同时使柱撑LDHs的择形催化性能更加显著。也可用体积较大的阴离子取代体积较小的阴离子，以得到更多的反应空间和暴露更多的活性中心。利用这一性质，可以将一些功能性离子引入层间。实现分子设计。

（3）热稳定性

LDHs加热到一定温度要发生分解，热分解过程包括脱层间水、羟基脱水（层状结构的破坏）和新相生成等步骤。在空气中低于200℃时，仅失去层间水，对其结构没有影响，当加热到250-450℃时，失去更多的水分，同时有CO 2 生成。加热到450-500℃后，脱水比较完全，CO 3 2- 消失，完全转变为CO 2 ，生成LDO。在加热过程中，表现为适当的表面积增加，孔体积增大以及形成酸碱中心。当加热温度超过600℃时。则分解后形成的金属氧化物的混合物开始烧结，致使表面积降低，孔体积减小，通常形成尖晶石和MgO。

（4）吸附性能

LDHs具有较大的内表面和层间空间，容易接受客体，有良好的吸附性能。

（5）结构记忆效应

LDHs在一定温度下焙烧改变结构后，可重新吸收水和阴离子，部分恢复为原有的层状结构。利用这一特点，可用作阴离子吸收剂。被吸收的阴离子离子半径越小，恢复后层状结构的层间距越小，所以阴离子价数越高，越容易进入层间。

（6）低表面能性

LDHs因其层状结构的特殊性，表现出较低的表面能，使得制备时无需昂贵的辅助试剂及高能耗的生产装备便可得到具有纳米尺寸的LDHs。另外，应用时易于均匀分散，不易聚集。

（7）几何结构效应

LDHs主体二维层板结构及纳米尺寸，使其在应用时表现出独特的性能。

2、水滑石类化合物在塑料工业中的应用

（1）用作PVC热稳定剂

聚氯乙烯（PVC）是5大通用塑料之一，但是存在着热稳定性差的突出缺点，因此在加工过程中必须加入热稳定剂。传统的PVC热稳定剂主要有无机铅盐、金属皂和有机锡三大类数十个品种。但是，其中性能较高的品种不是有毒（无机铅盐、钡-铬皂），就是价格昂贵（有机锡）。

水滑石热稳定剂是新近出现的无毒且性价格比较高的一种PVC热稳定剂，其原理是水滑石可中和吸收PVC降解时释放的HCl，首先是LDHs层间的CO 3 2- 与HCl反应产生CO 2 ，接下来是层板上的氢氧化物与HCl反应，直至结构完全被破坏，生成金属氯化物为止。

水滑石具有绝缘及耐候性好的优点。但单独用作PVC热稳定剂时不能有效抑制初期着色。因此，为了更好地提高产品性能，一般对其进行改性后再加以利用。日本的佐藤义等人通过用（ClO 4 ） 2 改性水滑石，并将改性产物约份与谷氨酸锌复配作热稳定剂时，可获得具有优异长期热稳定性的样品，并且可以提高制品的耐候性及其机械强度。研究发现，在PVC电缆材料中配合适量的金属盐、水滑石和CaO，产品具有特别优异的耐热性、透明性及防止变色的能力,而且加工成型时气泡明显减少，电绝缘性能也大大提高。很好地解决了以往存在的问题，提高了使用性能。

（2）用作阻燃剂

目前，电工行业使用的无卤阻燃填料主要是粒状氢氧化铝和氢氧化镁，LDHs结构中含有相当数量的结构水，控制合成条件可使层间具有CO 3 2- ，添加到聚合物中的镁铝水滑石阻燃剂受热分解时，放出的惰性气体二氧化碳和水汽能稀释可燃气体浓度，减弱火势，达到阻燃的目的，而分解产生的MgO和Al 2 O 3 可形成隔热层，同时受热分解时吸收大量的热量，降低燃烧体系的温度。

由此可见，LDHs不仅具有氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的优点，而且还克服了其不足之处，具有阻燃、消烟、填充3种功能，是一种很有发展前景的高效、无毒、低烟的无卤阻燃剂新品种。

（3）用作光稳定剂

合成材料光老化是最常遇到的问题，也是塑料最重要的老化原因。LDHs是一种无机紫外阻隔材料，可以吸收紫外光，防止由紫外光引起树脂的链引发、链增长，使树脂得到保护。此外，层间可插入有机紫外吸收剂，以选择性地加强紫外吸收能力。

LDHs经煅烧后的产物含有特殊的化学键（如Zn-O键），表现出优异的紫外吸收和散射效果，可以作为紫外阻隔材料。同时表面呈碱性并且具有不饱和键力，具有表面接枝性能，可以与具有不同紫外吸收效果的有机物如肉桂酸、对一甲氧基肉桂酸盐、2-苯基苯咪唑、2-羟基-4-甲氧基苯磺酸等经反应接枝，进一步强化紫外吸收能力，使之兼备物理和化学双重功能。大量实践证明，以其作为光稳定剂，效果明显优于传统材料，在塑料、橡胶、纤维、化妆品、涂料以及油漆等领域具有广泛的用途。

北京化工大学对此作了较为系统的研究，通过成核，晶化方法合成镁铝和锌铝水滑石，再高温焙烧得到金属复合氧化物，综合考察其对紫外阻隔性能的影响。发现锌铝复合氧化物的紫外阻隔性能和可见光透过率均优于传统的ZnO、也优于镁铝复合氧化物和锌铝水滑石，在400-600℃之间，它的紫外阻隔性能随温度升高而上升。

东北师大通过对水滑石改性来研究HT的光学性质，利用共沉淀法或离子交换法将尺寸较大的有机紫外吸收剂以阴离子形式嵌入Zn 2 Al-LDH间，Zn 2 Al-LDH有很强的紫外遮蔽能力和高的可见光区透明性，嵌入后，紫外吸收能力明显增加。

随着对环保要求的提高和绿色化学的倡议，无毒、无害以及高效安全的无机紫外阻隔剂代替有机紫外阻隔剂是这一领域的发展趋势。

（4）作为红外吸收阻隔材料

LDHs的化学组成决定其具有优异的红外吸收能力和较宽的红外吸收范围，并且其吸收范围还可以通过调变其组成加以改变，是一种很好的红外阻隔无机填料。采用先进的复合技术，可以在不影响农膜原有光学性能的条件下，显著提高农膜的保温性能。

作为改善农膜保温性能填料的研究发现，在PVC和PE薄膜中加入LDHs类填料。在不影响其可见光透过率的同时，红外光的透过率可由原来的36%下降到6%，效果非常显著。在环境温度为℃，棚内温度可以达到℃以上，比与之对照的为未加填料的棚内温度高℃。

另外，LDHs组成和结构上的特点还使其兼备抗老化、改善力学、提高阻隔、抗静电性及防尘等性能。

（5）用作抑菌剂

因为LDHs特殊的化学组成，比如含锌或铜等活性组分的LDHs及CLDH，对多种微生物和菌类的生长有着特殊的抑制作用，而且几乎没有毒性。耐热性、耐气候性好，价格便宜，可作为抑菌剂使用，用于合成材料及涂料等后，能很快地分散到树脂、橡胶、纤维中，特别是在表面用表面处理剂处理后，可赋予其杀菌防霉功能，并获得性能优异的自洁材料。

另外，由于含银抗菌剂具有优越的杀菌性能，塑料中常加入含银抗菌剂，但是存在一个缺陷。就是容易引起塑料的褪色或变色。但是如果在其中加入的镁铝LDHs后，则可以防止塑料颜色的变化。

此外，由水滑石衍生的复合氧化物对多种微生物和菌类生长有抑制作用，可用于塑料、农膜以防止表面微生物的生成，而水滑石本身可用作添加载银无机抗菌剂的抗菌塑料的变色抑制剂。

LDHs结构及性能的可设计性、可调控性使其催化剂、吸附剂、离子交换剂、阻燃剂等行业具有巨大的应用潜力。今后LDHs的研究发展方向主要是：

①充分利用LDHs特殊的插层结构以及层板金属元素的种类及比例，插层阴离子的种类及数量，晶粒尺寸和分布的可调变性，提高其性能；

②利用LDHs与其它塑料的协同效应，进一步提高性能，降低成本；

③以提高性能，降低成本为目标，不断改进LDHs的生产工艺，使之更加环保化、高性能化和经济化。

编辑整理：粉体技术网

Layered double hydroxides (referred to as LDHs), also known as hydrotalcite (HT), because of the unique layered structure and the peculiar properties of being added to the polymer, environmentally friendly, efficient non-toxic, effective smoke suppression, etc. Its research has become a research hotspot in recent years. REE as a special electronic structure, so in catalysis, luminescence, magnetic and other fields of application has great potential, especially as related to the field of refractory additives research has been extensive attention. From the reported literature, the general form of chelates of rare earth elements is loaded into the layered double hydroxide layer, but directly to the rare earth elements replaced by isomorphous replacement to report is still on the shelves LDHs less. The paper reported that not much will be used to prepare simple and low in saturated microwave precipitation crystallization, rapid preparation of a series of rare earth containing LDHs, examined the amount of doped LDHs structure and apply it to study polymer The flame retardancy of polymers, mechanical properties, the impact of smoke suppression performance, etc., to obtain the following innovative results. Low saturation state by co-precipitation method, microwave assisted method to prepare a series of Ce and La rare earth containing the LDHs; and through the XRD and FT-IR to characterize its structure, etc., selected high crystallinity samples of single crystal Zn -Al-Ce-LDHs (n (Zn2 +) / n (Al3 +) = x, n (Ce4 +) / n (Al3 +) = y), be used in polypropylene (PP), the investigated composite flame retardant performance. When the Zn-Al-Ce-LDHs 10% addition level, the PP LOI from to 42%, and with the addition of improved, limiting oxygen index also will be increased, and amount was linear relationship. When the Zn-Al-Ce-LDHs 50% addition level, PP LOI up to 58%, indicating that Zn-Al-Ce-LDHs can effectively improve the flame retardancy of the composite. Different types of LDHs, in the composite to maintain the same dosage, of the LDHs / PP composites thermal stability, the results show that: in the low-temperature, Zn-Al-Ce-LDHs can effectively delay the composite thermal degradation reactions; at a high temperature section, Zn-Al-Ce-LDHs/PP the residual carbon was significantly higher than Mg-Al-LDHs/PP, Mg-Al-Ce-LDHs/PP, that Zn-Al-Ce -LDHs obviously promote carbon composite materials into effect. In the same Zn-Al-Ce-LDHs, addition of different LDHs composite materials, composite materials, thermal stability and char rate and amount of relevant, and the amount of residual carbon content and adding a linear relationship. The Zn-Al-Ce-LDHs and EVA were prepared by melt mixed composites, its limiting oxygen index and cone calorimeter combustion properties such as test results show that: when the Zn-Al-Ce-LDHs to add less than 40%, the flame retardancy of the composites increase was not obvious, but more than 40%, the flame resistance of composite materials have increased significantly, while the composite heat release rate and smoke release rate with the Zn -Al-Ce-LDHs are increasing the amount added, indicating that Zn-Al-Ce-LDHs on the EVA and smoke of burning material significantly inhibited. The composite thermal gravimetric analysis results showed that: Zn-Al-Ce-LDHs can effectively delay the thermal decomposition of EVA, and promote the role of EVA material into carbon composite thermal stability and Zn-Al-Ce- LDHs of the addition of a linear relationship.

镁铝类水滑石兼具了氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的优点，又克服了它们各自的不足，具有阻燃、消烟、填充功能，是一种高效、无卤、无毒、低烟的新型阻燃剂[10~13]。镁铝类水滑石阻燃剂的工业化生产和应用已引起国内外的关注。本文通过共沉淀法合成的镁铝类水滑石，并通过纸浆纤维填充的方法应用到纸张阻燃中，研究了镁铝类水滑石的晶体性质以及纸张阻燃性能。1实验 实验原料浆料：取自山东某造纸厂，阔叶浆。水分含量：；打浆度： ºSR。试剂：聚丙烯酰胺（PAM），汽巴公司，分子量500万。氨水、MgCl2·6H2O、AlCl3·6H2O，均为分析纯。 镁铝类水滑石的合成制备在20℃下，将适量AlCl3·6H2O与MgCl2·6H2O溶解在蒸馏水中，固定总离子浓度 mol/L，倒入三口瓶中，在氮气保护下，在高速搅拌下缓慢加入适量氨水（氨水加入量与镁铝比例有关，并控制在2小时内加完）。加完氨水后继续剧烈搅拌1小时，之后在缓慢搅拌下老化2小时，生成镁铝的混合金属氢氧化物沉淀。把沉淀物在室温下静置48小时，然后用蒸馏水离心洗涤（约在1000 rpm下）。每次离心10分钟后去掉上层清液。共洗涤两次，用蒸馏水150 mL。之后在70~80℃下胶溶5小时，胶溶后的混合液经离心洗涤，获得水滑石胶体[14]。 胶体水滑石在真空干燥箱内30℃真空干燥，研钵研磨成粉末状，过80目铜网筛，备用。 阻燃纸的制备纸浆在纤维标准解离器中按的浓度疏解30000转，之后，加入0~20%的固体水滑石粉末，混合均匀后，稀释至的浓度，助留剂PAM用量。在纸页成形器上抄片，纸页定量60 g/m2左右。 分析与检测 水滑石胶体各元素的含量分析和粒度分布的测定、胶体颗粒Zeta电位测定。水滑石胶体各元素的含量通过化学滴定方法测定；粒度分布和比表面积通过英国马尔文激光粒度仪测定；Zeta电位通过美国Zetaplus电位测定仪测定。 水滑石X-射线衍射分析镁铝类水滑石胶体X-射线衍射试样制备[15~17]：固含量1%镁铝类水滑石胶体和同体积的无水乙醇混合于真空干燥箱中在60℃下干燥，24小时后取出，在研钵中磨细，密封备用。测定采用D/MAX-RB型X射线转靶衍射仪，40 KV×80 mA，Cu靶辐射，波长为 nm，管电流20 mA，扫描速度1º/min。 镁铝类水滑石胶体透射电镜观察分析将合成的镁铝类水滑石胶体用去离子水稀释数倍，用Hitachi model H-800透射电子显微镜对样品进行观察以获得其形貌特征。 阻燃纸物理性能的检测纸张的灰分、白度和抗张强度等按相关国家标准进行检测。 阻燃纸氧指数的检测[18]纸张恒湿24 h后，切成120 mm×13 mm的纸条，然后再恒湿4 h，采用LFY2606 型氧指数仪。燃烧所用气源为工业级气体，O2和N2含量浓度均≥，符合GB3863及GB3864标准要求。2结果与讨论 镁铝类水滑石胶体化学式和性质镁铝类水滑石胶体中各元素的含量通过化学滴定方法测定，表1是镁铝类水滑石胶体的化学结构式和微粒颗粒体积平均粒径。表1 镁铝类水滑石的化学式化学结构式镁铝比例比表面积/ m2·g-1Zeta电位/ mv体积平均粒径/ μ(OH)在镁铝类水滑石的结构层中，Al3+，Mg2+居于层中八面体结构中心，并在同一层内随机分布。由Loweustein定律可知[19]，共享边的Mg2+(OH)6八面体是不显电性的，而Al3+(OH)6八面体带有正电荷，当镁铝类水滑石的结构层中有两个Al3+(OH)6八面体相邻形成共享边时，由于电荷斥力而造成结构不稳定，为避免镁铝类水滑石中Al3+(OH)6八面体之间共享边，镁铝之间的最小摩尔比是2:1。镁铝初始摩尔比为3:1的样品更接近于自然界中存在的水滑石的镁铝摩尔比例，结构稳定。镁铝类水滑石胶体相对比较稳定，但随时间的延长其晶格结构会发生一定的变化，微粒粒度会有变大的趋势，主要是晶核的继续增长作用。层间的阴离子不断的置换作用使Al3+在结晶结构中的含量降低，从而使得微粒的Zeta电位降低。水滑石胶体的带电情况和胶体微粒的大小会直接影响其应用性能。水滑石颗粒的体积平均粒径为112 nm，颗粒呈正态分布。水滑石以填料的形式加入到阻燃纸的抄造中，颗粒所带的电位会对其在纸料的留着有很大的影响。镁铝类水滑石带有较高的正电荷（ mv）和高的比表面积，在造纸湿部过程中可以与纤维和细小纤维通过电荷中和作用吸附在纤维上。这种微絮聚体的产生不仅提高了水滑石在阻燃纸中的留着率，而且也提高了细小纤维的留着，这对于提高成纸的匀度和光学性能有重要的意义。同时，水滑石和细小纤维形成的微絮聚体还能发挥微粒助留助滤体系的功能。 水滑石结晶性能和颗粒微观分析 水滑石颗粒的透射电镜观察通过透射电镜观察镁铝类水滑石胶体的结构形态。图2是镁铝类水滑石胶体的透射电镜照片（放大倍数70,000），图3是镁铝类水滑石晶体的电子衍射图。 镁铝类水滑石胶体的透射电镜照片 图3 镁铝类水滑石晶体的电子衍射图由镁铝类水滑石胶体的透射电镜(TEM)照片和水滑石晶体的电子衍射图可以看出，合成的镁铝类水滑石溶胶的胶粒呈片状结构，直径最大的也只有130 nm，平均粒径仅100 nm左右，而厚度只有几个纳米；颗粒由片状结构叠加而成，大部分的片状体呈六边形的八面体结构，结晶状态较好。镁铝类水滑石胶体结晶性能较好，结晶度较高，晶体形状为较为规则的六角型。有少量的晶体形状不太规则，可能由晶体缺陷引起。 水滑石X-射线衍射分析图4是镁铝类水滑石的XRD图谱。镁铝类水滑石的X-射线衍射图谱的衍射峰分别出现在2q为º、 º、º、º、º和º的位置。其中以001面的衍射峰最强，该峰出峰位置在2q为º处。由图谱还可得知，样品结晶性很好，层结构规则，谱图基线平稳，杂峰少，结晶度较高，晶相比较单一，热稳定好。 镁铝类水滑石的XRD图谱理想的镁铝类水滑石胶体应具有高的带电荷量、比较均匀的粒度分布和比较小的微粒平均粒径。这受到实验条件切的影响，如，反应pH值、反应物原始镁铝摩尔比例、反应时间、胶溶的时间和温度等都会影响镁铝类水滑石胶体的结晶。水滑石的颗粒和带电情况直接影响到其在纸中的留着问题，其晶体结构直接影响着水滑石的热稳定性，决定着其阻燃纸的阻燃效果。分析了解水滑石颗粒的粒度分布、颗粒带电荷情况以及晶体形态，对于合理的利用水滑石作为阻燃材料加入到阻燃纸中是十分有益处的。 阻燃纸的物理性能阻燃纸中阻燃剂添加量理论上要小于纸品总质量的10%，若阻燃剂添加量大于10%，将会改变纸品本身的特性，如抗张强度降低、撕裂度下降、施胶度下降等，严重时可能会出现纸品发硬、掉粉、产生腐浆等现象[20]。镁铝类水滑石的结晶水的热稳定性对其阻燃性能有重要的影响。镁铝类水滑石的分解过程分2个阶段，第1阶段是失去镁铝类水滑石晶体中间层中的结晶水；第2 阶段是失去镁铝类水滑石中的结构水[21,22]。本实验在测定灰分时，在温度为(575±15)℃下，烘4 h，镁铝类水滑石即可全部分解为氧化镁和氧化铝。可通过纸张中灰分含量，还原出纸浆纤维中镁铝类水滑石的加填量。不同水滑石用量的阻燃纸的物理性能如表2。表2 阻燃纸的物理性能试验编号水滑石用量 / %灰分/ %抗张指数/ N·m·g -1白度/ %由表2可以看出，随着水滑石添加量的增加，成纸灰分逐渐增加，而成纸的强度指标逐渐下降，水滑石在10%的添加量时，其阻燃纸的强度指标下降了6%，主要原因就是水滑石的添加量超过了成纸的填料用量标准会影响细小纤维之间的结合力，对成纸的强度指标产生不利影响。水滑石粉末的白度较高，其加填作用会带来成纸的白度的提高，这对于要求高白度指标的纸种来说是非常有利的一面。阻燃纸的灰分随着水滑石的添加量的增加而增大，水滑石的总体留着率为70%左右。总体留着率较高的主要原因是水滑石层状颗粒带有正电荷，可以与细小纤维发生电荷中和吸附作用形成微絮聚体而增加了留着率。总之，水滑石在起到加填增白和阻燃作用的同时，还起到了微粒助留的作用。其助留性能前期已经做了详细的研究[14]。镁铝类水滑石的阻燃效果分析氧指数是指在规定的条件下，试样在氧、氮混合气流中维持平衡燃烧所需的最低氧浓度，以氧气所占的体积百分数表示[18]。 图5 水滑石用量对阻燃纸氧指数的影响阻燃纸氧指数达21%时，在空气中就不能点燃了，但是考虑火灾时空气的流动，规定氧指数大于25%，使其达到难燃级，以真正达到阻燃的目的[23]。制备的阻燃纸阻燃效果较好，氧指数可在20%以上，达到难燃级。由图5可以看出，氧指数曲线随着水滑石添加量的增加而逐渐增加，当水滑石用量超过15%后，阻燃纸氧指数变化趋缓。在水滑石用量10%时，阻燃纸的氧指数为25%，可以起到很好的阻燃效果。3 结论水滑石颗粒的体积平均粒径为112 nm。镁铝类水滑石带有较高的正电荷和高的比表面积，在造纸湿部过程中可以与纤维通过电荷中和作用吸附在纤维上。镁铝类水滑石胶体结晶性能较好，结晶度较高，晶体形状为较为规则的六角型片状体，晶相比较单一，热稳定性好。阻燃纸灰分随着水滑石添加量的增加逐渐增加，而成纸的强度指标逐渐下降，同时带来成纸的白度的提高。水滑石在起到加填增白和阻燃作用的同时，还起到了微粒助留的作用。 水滑石用量在15%时，阻燃纸的氧指数为25%，可以起到很好的阻燃效果。