钼酸盐—双氢氧化物杂化材料的制备及其阻燃聚丙烯的研究

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无机阻燃剂在聚合物/无机物纳米复合材料中除了具有阻燃效果以外,还能够抑烟,赋予材料低毒性与低腐蚀性,因而得到广泛的应用。本文以结合两种无机阻燃剂(过渡金属化合物与层状双氢氧化物)对聚合物阻燃抑烟作用为目的:首先,制备了几种钼酸盐化合物,以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)为基体对比研究它们的阻燃、抑烟作用;然后,采用一种新方法制备了层状双氢氧化物并且研究其对PP树脂的阻燃作用;最后,通过水热法合成了钼酸铜-双氢氧化物的杂化物,通过一系列实验研究了杂化物相比于单一组分对聚合物阻燃抑烟作用的增强效果。相关研究内容如下:1.通过水热法合成了结晶性良好、形貌统一的钼酸盐化合物,采用母粒熔融共混的方法将它们分别引入到ABS树脂中。通过对复合材料的形貌结构、热稳定性能以及阻燃性能的研究,发现钼酸盐纳米棒在基体中分散良好,并且与基体间的相容性好,能够降低ABS的初始分解温度,提高残炭量,而且能够显著降低ABS的热释放速率以及总热释放量。此外,钼酸盐除了可以降低ABS的热释放速率以及总热释放量,而且能够降低基体燃烧时的烟气释放量,这与钼酸盐促进ABS降解,提高残炭量有关,炭渣能够有效隔绝热与烟气的释放。测试结果表明,三种钼酸盐中,钼酸铜的阻燃、抑烟效果最好,所以在后面章节中,我们采用钼酸铜作为杂化材料组分之一。2.用乙醇作为溶剂制备锌铝层状双氢氧化物,然后再通过高温、离心处理,使得片层间的乙醇分子在挥发的过程中撑开片层,以达到剥离的效果。XRD、TEM测试结果表明采用上述方法可以制备剥离的双氢氧化物,再通过母粒熔融的方法将其引入到PP基体里面,SEM表明剥离的双氢氧化物在PP基体中分散良好,并能够显著提高PP的热稳定性能以及初始分解温度(提高50度以上),而且力学方面测试表明其储能模量以及断裂伸长率均有所提高,锥形量热结果显示热释放量与总热释放量都有所降低,但降低程度不如传统的改性双氢氧化物明显。实验结果表明,采用乙醇作为溶剂制备剥离的双氢氧化物是可行的,但是实验条件需要进一步优化才能得到更为高效的双氢氧化物阻燃剂。3.综合前面两部分工作,通过离子交换-共沉淀法制备了钼酸盐-双氢氧化物杂化材料,然后使用母粒法制备了杂化材料/PP树脂的纳米复合物。采用XRD、 TEM、SEM表征了钼酸盐-双氢氧化物杂化材料以及杂化材料/PP纳米复合物,测试结果表明成功合成了杂化材料,而且杂化物在PP基体中分散良好。然后通过一系列测试来对比研究杂化材料与单一组分材料对PP的热稳定性能以及阻燃性能的增强作用。结果表明杂化材料能够更好地提高聚合物的热稳定性能,更加显著地降低其燃烧时的热释放速率以及总热释放量,说明制备的杂化材料结合了钼酸盐与层状双氢氧化物的优点,对增强聚合物热稳定性跟阻燃性能具有协效作用。而通过对炭渣的表征结果进行分析,得出:添加钼酸盐-双氢氧化物杂化材料后,炭渣的石墨化程度增大,这有利于隔热抑烟,对降低热释放量及烟释放量具有重要意义。同时,实验结果也表明,钼酸盐-双氢氧化物杂化材料在聚合物的阻燃改性领域具有重要的应用价值。
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