聚合物-膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復(fù)合材料及性能研究.pdf

1、以復(fù)合化、高性能化、環(huán)?；癁樘攸c(diǎn),開發(fā)無鹵、低毒、低煙的阻燃劑及高性能阻燃材料已成為當(dāng)代阻燃技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。論文以膨脹型阻燃劑的分子設(shè)計(jì)、聚合物/蒙脫土納米復(fù)合材料及燃燒機(jī)理和結(jié)構(gòu)與性能研究為研究目標(biāo),研究探討了磷氮型季銨鹽膨脹阻燃劑的設(shè)計(jì)合成、膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土與高分子納米復(fù)合材料的制備及膨脹阻燃、納米阻燃和協(xié)同阻燃機(jī)理等。
　　 論文設(shè)計(jì)并合成了5個(gè)分子內(nèi)含集炭源、酸源、氣源三功能團(tuán)的磷氮型季銨鹽類膨脹型阻燃劑。

2、以新戊二醇與三氯氧磷為原料,制得2-氧代-2-氯-5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷雜環(huán)己烷(DPPC),DPPC與胺類化合物、氯乙酰氯和三乙胺反應(yīng)制得磷氮型季銨鹽PAAB、PAEAC和PAHAC；或以季戊四醇與三氯氧磷為原料,制得季戊四醇二磷酰氯(SPDPC),SPDPC與2-溴乙胺溴酸鹽和叔胺反應(yīng)制得磷氮型季銨鹽PDEAB和PDHAB。其中6個(gè)中間化合物(DPAB、DPEA、CPEA、DPHA、CPHA和PDBA)以及5個(gè)目標(biāo)化合物

3、磷氮型季銨鹽(PAAB、PAEAC、PAHAC、PDEAB和PDHAB)都為新化合物,收率為20.4～80.4％。并用FT-IR、1H NMR、13C NMR和HRMS等表征方法確證了其分子結(jié)構(gòu)?？疾炝嗽吓浔?反應(yīng)溫度,反應(yīng)時(shí)間,縛酸劑種類等對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物收率的影響,確定了DPEA、CDPA以及PDBA等中間化合物的合成工藝條件。
　　 通過磷氮型季銨鹽與鈉基蒙脫土離子交換反應(yīng),合成了5個(gè)系列的膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土,包括PAAB

4、-MMT、PAEAC-MMT、PAHAC-MMT、PDEAB-MMT和PDHAB-MMT,制得的膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土片層層間距在1.70～2.65 nm之間?？疾炝宋锪吓浔?、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和陽離子交換容量等對(duì)膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土離子交換率的影響,并確定了膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土制備工藝路線。探討了磷氮型季銨鹽結(jié)構(gòu)與用量以及制備工藝條件等對(duì)膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土的層間距影響。研究了膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土結(jié)構(gòu)組成與耐熱性能及成炭性能之

5、間關(guān)系。膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土具有良好的熱穩(wěn)定性和成炭性能。熱起始分解溫度在286～385℃之間,要高于常規(guī)表面活性劑改性的蒙脫土,能滿足各種高分子材料合成與加工條件。
　　 膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土與低密度聚乙烯(LDPE)等通過機(jī)械混煉熔融插層制得納米復(fù)合材料；或用原位插層聚合法制得聚氨酯(PU)/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復(fù)合材料。研究了膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土結(jié)構(gòu)和添加量

6、、材料制備方法以及聚合物基體種類等對(duì)納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與形成機(jī)制的影響。相比鈉基蒙脫土,膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土在聚合物基體中具有較好的分散性。熔融插層法形成了插層型納米復(fù)合材料,而原位插層聚合法成了剝離型納米復(fù)合材料。
　　 膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土對(duì)聚合物基體有增強(qiáng)作用,與聚合物基體相比,添加膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量分別提高了12～15％和3～12％,而斷率延伸率略有下降。膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土膨脹炭化作

7、用以及蒙脫土片層阻隔效應(yīng)改善聚合物基體(LDPE、PU、PMMA等)的耐熱性,使材料的成炭率明顯提高。錐型量熱儀測(cè)試表明膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土對(duì)LDPE、PU、PMMA等阻燃效果顯著。不僅降低聚合物基體的熱釋放速率、總放熱量以及平均質(zhì)量損失速率,而且延緩點(diǎn)燃時(shí)間。聚合物/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復(fù)合材料的熱釋放速率峰值(PHRR)比聚合物基體降低了20～40％。在相同添加量下,膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土對(duì)材料的阻燃效果均優(yōu)于膨脹型阻燃劑與

8、蒙脫土單獨(dú)作用。
　　 通過FT-IR、掃描電鏡分析(SEM)、透射電鏡分析(TEM)以及光電子能譜(EDX)等表征手段對(duì)聚合物/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復(fù)合材料的阻燃機(jī)理進(jìn)行了研究,結(jié)果表明在受強(qiáng)熱或燃燒時(shí),以納米尺度分散在聚合物基體中蒙脫土片層阻隔作用,負(fù)載在蒙脫土片層表面膨脹型阻燃劑膨脹阻燃作用及兩者協(xié)同作用,強(qiáng)化了膨脹炭層,能在材料表面形成在很好的保護(hù)層,隔絕基體材料與外界的熱質(zhì)傳遞與可燃?xì)怏w的交換,提高了材料阻燃性能