樹(shù)枝形阻燃蒙脫土的制備及其在橡膠中的應(yīng)用性能研宄.pdf

1、　　本文采用含磷元素的季鱗鹽四羥甲基氯化磷(THPC)對(duì)鈉基蒙脫土(Na-MMT)進(jìn)行有機(jī)改性,并通過(guò)與含氮元素的中間體反應(yīng),原位合成不同代數(shù)的樹(shù)枝形有機(jī)蒙脫土,然后用硼酸對(duì)樹(shù)枝形有機(jī)蒙脫土的端羥基進(jìn)行改性,使得最終合成的阻燃劑含有氮-磷-硼阻燃元素。最后考察其在天然橡膠(N R )、三元乙丙橡膠(EPDM)和室溫硫化硅橡膠(RTV)中的阻燃性能和力學(xué)性能。本課題研宄的具體內(nèi)容如下四個(gè)方面：
　　( 1 )采用不同pH條件下的T

2、HPC對(duì)Na-MMT進(jìn)行插層,得到不同的有機(jī)蒙脫土,OMMT-1?OMMT-5,通過(guò)傅里葉紅外光譜(FT-IR)、X-射線衍射(XRD) 分析改性后的O M M T表面的基團(tuán)及層間距變化,同時(shí)采用掃描電子顯微鏡(SEM) 能譜分析 (EDS)、透射電子顯微鏡(T E M )和熱失重分析(TGA) 對(duì)插層效果和插層后的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,O M M T-5在 1471 cm-1出現(xiàn)了 P=O振動(dòng)峰,說(shuō)明THPC在酸性條件下(pH

3、=1.46)才能對(duì)蒙脫土有效插層,層間距由1.43nm提高到1.58nm,熱失重表明O M M T-1在 250°C之前的殘余量最高,S E M和 T E M圖片顯示出插層型結(jié)構(gòu)。
　　( 2 )采用四因素三水平的正交試驗(yàn)方法,設(shè)計(jì)9 組實(shí)驗(yàn),考查T(mén)HPC插層MMT的適宜條件,并以層間距變化為指標(biāo),得出最佳實(shí)驗(yàn)條件組合為：反應(yīng)時(shí)間3h,反應(yīng)溫度80C,丙酮與水的體積比1：1,THPC與Na-MMT中可交換陽(yáng)離子的比例1：1。 <

4、br>　　(3 )采用以上最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件對(duì)MMT進(jìn)行插層,并采用所制備的AB2中間體在甲苯磺酸催化下與THPC逐代反應(yīng),制備出三代樹(shù)枝形有機(jī)蒙脫土(DOMMT-1?-3),最后通過(guò)DOMMT-1?-3 的端羥基與硼酸反應(yīng),制備出樹(shù)枝形有機(jī)蒙脫土阻燃劑(DOMMT-B)。采用激光飛行質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS)、核磁共振(1H-NMR) FT-IR、XRD、SEM、TGA和 TEM對(duì)樹(shù)枝形聚合物及不同代數(shù)的樹(shù)枝形有機(jī)蒙脫土進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征

5、、性能分析及形貌觀察。結(jié)果表明,D O M M T-B的層間距為2.1nm,比M M T提高了 47%,熱穩(wěn)定性能也得到了提高,T5%比D O M M T-1提高了 13°C。
　　(4 )將DOMMT-B按照不同比例加入到NR、EPDM和RTV中,制備出阻燃復(fù)合材料。測(cè)試了復(fù)合材料的硫化曲線、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、硬度、磨耗、熱穩(wěn)定性和阻燃性能。結(jié)果表明,對(duì)于N R復(fù)合材料,拉伸強(qiáng)度隨著DOMMT-B加入量的增加而不斷提高,2

6、0phr時(shí)最大,為 23.2MPa,與空白N R相比提高了 30% ,此時(shí)復(fù)合材料的75m m等長(zhǎng)燃燒時(shí)間也最大,為208s,與空白N R相比提高了 64%。對(duì)于EPDM復(fù)合材料,拉伸強(qiáng)度先增后降,10phr時(shí)最高為4.2MPa,與空白N R相比提高了 147%；加入5phr的DOMMT-B時(shí),復(fù)合材料的75mm等長(zhǎng)燃燒時(shí)間時(shí)最長(zhǎng),為370s,比空白EPDM提高了 48%。對(duì)于RTV復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度遞減,加入15phr時(shí)的DOMMT-B