纳米层状双氢氧化物的插层组装及其阻燃性能的研究

摘要

层状双氢氧化物(LDHs),作为一种无毒、高效、低烟的无机阻燃剂,已成为阻燃材料领域研究的热点之一。LDHs做为无机阻燃剂在聚合物中的应用已有不少文献报道,但离工业化仍有很大的距离,有许多工作仍需深入的研究。本论文采用文献报道较少、制备简单、消耗时间短的微波晶化低饱和态共沉淀方法和焙烧还原方法制备了一系列插层组装LDHs,部分选取并将其应用于聚丙烯(PP)和乙烯.醋酸乙烯共聚物(EVA)中,考察了LDHs的添加量对聚合物阻燃性能和力学性能的影响。
　　 在微波条件下,采用低饱和态共沉淀快速制备了纳米ZnAl-C6H5SO3 LDHs,颗粒尺寸约为20～100nm、团聚少,分散性较好。将其添加到聚丙烯(PP)中,通过扫描电镜(SEM)、氧指数(LOI)和锥形量热仪(CONE)等手段研究了其对PP阻燃性能的影响。结果表明,LDHs的添加有效地降低了PP的热释放速率、延缓烟释放速率,极限氧指数提高到28,且LDHs在PP中分散良好。
　　 在微波条件下,采用焙烧还原法快速合成了MgAl—C6H5SO3 LDHs,并将其添加到EVA中,得到MgAl—C6H5SO3 LDHs/EVA复合材料。探讨了MgAl—C6H5SO3 LDHs的添加对复合材料阻燃性能和力学性能的影响。热重分析表明:随着MgAl-C6H5SO3 LDHs的添加量增大,复合材料热分解温度升高,在420～500℃区间的失重减少；当MgAl-C6H5SO3 LDHs添加量分别为60％和70％时,失重曲线有对应向低温区和高温区延伸的趋势。当添加量为70％,复合材料阻燃效果最好,极限氧指数达到32％,对比EVA提高了68.4％。
　　 采用重构煅烧Mg3Al-CO3 LDHs的方法,辅助微波手段快速合成了形貌可控的纳米Mg3Al-WO4 LDHs,粒径约为10～90nm,并将其应用于EVA中制备得到Mg3Al-WO4LDHs/EVA复合材料,详细研究其对EVA阻燃性能和热降解行为。结果表明:当纳米LDHs的添加量为70％时,极限氧指数为34％；垂直燃烧达到UV-94V1级；同时,复合材料的热稳定性能随LDHs添加量的增加而增强。LDHs可降低热降解起始温度,促进复合材料成炭,且其成炭余量随着。LDHs添加量的增加而增加,当LDHs的添加量为70％时,残炭余量达到59.7％,表明LDHs能够促进EVA催化酯化、脱水及成炭。