磷钨酸和Ni2O3催化炭化聚丙烯及其阻燃性能的研究

摘要

聚丙烯（PP）广泛应用于建筑、汽车、化工等行业，因为PP难降解的特点给废旧PP回收利用带了极大困难，传统的深埋和焚烧是对资源的浪费和对环境的污染；另一方面因为PP自身富碳结构而使其阻燃性能差。本论文以此两问题为出发点，在组合催化剂 Ni2O3和二氧化硅负载磷钨酸（HPW-SiO2）作用下，以PP作为碳源，700℃条件下采用一步法制备磁性C/Ni/SiO2-x纳米材料，残炭率的结果显示在Ni2O3存在条件下，PP复合材料制备的磁性C/Ni/SiO2-x纳米材料的生成量取决于复合材料中HPW-SiO2的含量，这归因于HPW-SiO2和Ni2O3之间的协同效应，当 PP复合材料中HPW-SiO2的质量分数达到10％时， C/Ni/SiO2-x纳米材料生成率接近70%。通过 SEM、TEM研究，所制备的C/Ni/SiO2-x纳米材料主要以多壁碳纳米管（MWCNTs）为主，含有少量的无定型炭和SiO2，并且可以通过调节PP复合材料中HPW-SiO2的含量控制C/Ni/SiO2-x纳米材料的形貌，同时XRD和Raman的研究结果说明其对C/Ni/SiO2-x纳米材料的石墨化程度有明显的影响，采用TGA研究了PP复合材料中HPW-SiO2的含量对C/Ni/SiO2-x纳米材料热稳定性能的影响，结果表明，随着 HPW-SiO2的含量的增加，C/Ni/SiO2-x纳米材料热稳定性提高，和PP相比，当HPW-SiO2的含量为10.0%时，C/Ni/SiO2-x纳米材料的最大热失重温度提高了43℃。最后，选取 C/Ni/SiO2-7.5纳米材料为吸附质，以甲基蓝（MB）为目标吸附物探索了C/Ni/SiO2-x纳米材料在水处理方面的应用，结果显示C/Ni/SiO2-7.5纳米材料对MB具有良好的吸附效果。
　　因为燃烧成炭对于聚合物的阻燃性能的提高是很有帮助的，所以，为了研究组合催化剂Ni2O3和HPW-SiO2对PP阻燃性能的影响，通过熔融共混的方法制备了PP/5Ni2O3和PP/5Ni2O3/xHPW-SiO2复合材料，x=1、3、5%，首先研究了组合催化Ni2O3和HPW-SiO2对成炭率、材料热稳定性能、机械性能的影响，最后，研究了PP复合材料的阻燃性能。在PP基体中加入Ni2O3和HPW-SiO2不仅使成炭率增加明显，PP复合材料在空气条件下的热稳定性能和机械性能也有显著提高，特别是阻燃性能提高十分明显，极大的降低了材料的热释放速率（HRR）、最大热释放速率（PHRR）、热释放总量（THR）、质量损失速率（MLR）、烟释放速率（SPR）的影响，此外CO和CO2释放速率也明显降低，特别是PP5Ni5复合材料燃烧稳定后HRR约为100 kW/m2，SPR几乎为0 m2/s。

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第1章 绪论

1.1 聚丙烯制备碳纳米管的研究

1.2 聚丙烯阻燃的研究

1.3 本论文研究的目的意义和主要内容

第2章 实验部分

2.1 原料和仪器设备

2.2 样品制备

2.3表征与分析测试

2.4 本章小结

第3章 聚丙烯复合材料制备磁性纳米炭材料及应用

3.1 催化剂HWP-SiO2的表征

3.2 催化剂Ni2O3/HWP-SiO2对聚丙烯残炭量的影响

3.3 催化剂Ni2O3/HWP-SiO2对炭材料形貌的影响

3.4 催化剂Ni2O3/HWP-SiO2对炭材料热稳定性和结构的影响

3.5 磁性炭材料吸附性能的研究

3.6 协效催化聚丙烯降解机理的讨论

3.7 本章小结

第4章 聚丙烯复合材料阻燃性能的研究

4.1 聚丙烯复合材料中催化剂Ni2O3/HPW-SiO2分散性的研究

4.2 聚丙烯复合材料热力学研究

4.3 催化剂Ni2O3/HPW-SiO2对聚丙烯复合材料成炭率的影响

4.4 聚丙烯复合材料阻燃性能的研究

4.5 聚丙烯复合材料力学性能的研究

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢