基于纳米MOFs阻燃改性高分子材料的制备及性能研究

摘要

高分子材料综合性能优异，在多种领域发挥作用，发展前景广阔。但是，高分子材料阻燃性能较差，燃烧时伴有浓烟，存在着很大的安全隐患。因此，为了提高高分子材料的综合性能，必须对其进行阻燃改性。 本文制备了纳米金属有机框架材料(ZIF-8)，并对其进行SEM、FTIR、XRD、TGA等表征，结果表明纳米ZIF-8具有优异的结晶性能和热稳定性能。 分别以ZIF-8、ZIF-8包覆淀粉(Starch)(Z@S)为阻燃剂，主链含氧聚合物——聚乳酸(PLA)为基体，利用溶液共混，制备了两种聚乳酸复合薄膜，研究了添加剂对PLA性能的影响。研究表明，制备的薄膜透明性良好，ZIF-8的加入能显著提高PLA的力学性能和阻燃性能。当ZIF-8的含量为1wt％时，复合薄膜的拉伸强度为56.8MPa，断裂伸长率31.61％，LOI值可达到26.0％。ZIF-8可作为界面改性剂改善淀粉在PLA中的相容性，经ZIF-8包覆过的淀粉在PLA中分散均匀，复合薄膜综合性能优异。添加5wt％Z@S可使得PLA的拉伸强度增加至55.6MPa，LOI从20.5％提高至25.7％。 以酒糟(DDGS)为成炭剂，与ZIF-8一同加入主链不含氧的聚合物聚丙烯(PP)中，经熔融共混制备聚丙烯复合材料。测试结果表明，ZIF-8可以改善DDGS与PP间的界面作用，同时促进成炭，有效提高PP复合材料的力学性能和阻燃性能。当ZIF-8和DDGS的含量分别为3wt％和27wt％时，复合材料的的LOI值为25.0％，水平燃烧速率为14.5mm/min，最大热释放速率为660kW/m2，比PP低24.5％。为了减轻复合材料燃烧时的熔滴状况，将间苯二酚双（二苯基磷酸酯）(RDP)加入这一体系。结果表明，RDP的引入使体系的力学性能和阻燃性能均得到提升。当添加剂总量为30wt％，且ZIF-8/RDP/DDGS质量比为2/5/23时，复合材料LOI达到26.5％，UL-94可达到V-1级。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2纳米金属有机框架材料(MOFs)概述

1．2．2 MOFs类型

1．2．3 MOFs应用

1．2．4 MOFs研究进展

1．3聚乳酸和聚丙烯简介

1．3．1聚乳酸概述

1．3．2聚丙烯概述

1．4纳米阻燃高分子复合材料研究进展

1．4．1碳纳米管阻燃高分子材料

1．4．2纳米二氧化硅阻燃高分子材料

1．4．3纳米层状硅酸盐阻燃高分子材料

1．4．4其他纳米粒子阻燃高分子材料

1．5本文研究的主要内容和意义

2纳米ZIF-8的合成及其阻燃PLA薄膜的制备与性能研究

2．1概述

2．2实验部分

2．2．1实验原料与仪器

2．2．2沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)的合成

2．2．4测试表征方法

2．3结果与讨论

2．3．1 ZIF-8的表征

2．3．2 PLA/ZIF-8复合薄膜断面的SEM分析

2．3．3 PLA/ZIF-8复合薄膜的结晶性能分析

2．3．4 PLA/ZIF-8复合薄膜的力学性能分析

2．3．5 PLA/ZIF-8复合薄膜的紫外可见光谱分析

2．3．6 PLA/ZIF-8复合薄膜的热稳定性分析

2．3．7 PLA/ZIF-8复合薄膜的阻燃性能及机理分析

2．4本章小结

3 ZIF-8包覆淀粉(Z@S)阻燃PLA薄膜的制备与性能研究

3．1概述

3．2实验部分

3．2．1实验原料与仪器

3．2．2 Z@S的合成

3．2．4测试表征方法

3．3结果与讨论

3．3．1 Z@S的表征

3．3．2 PLA/Z@S复合薄膜断面的SEM分析

3．3．3 PLA/Z@S复合薄膜的XRD分析

3．3．4 PLA/Z@S复合薄膜的力学性能分析

3．3．5 PLA/Z@S复合薄膜的红外光谱分析

3．3．6 PLA/Z@S复合薄膜的热稳定性分析

3．3．7 PLA/Z@S复合薄膜的阻燃性能及机理分析

3．4本章小结

4 ZIF-8与DDGS无卤阻燃PP复合材料的制备及其性能研究

4．1概述

4．2实验部分

4 . 2 . 1实验原料与仪器

4．2．2酒糟(DDGS)的预处理

4．2．4测试表征方法

4．3结果与讨论

4．3．1淀粉酒糟吸水对比图与重量变化

4．3．2 DDGS与CDDGS

4．3．3 PP/DDGS/ZIF-8复合材料断面的SEM分析

4．3．4 PP/DDGS/ZIF-8复合材料的力学性能分析

4．3．6 PP/DDGS/ZIF-8复合材料的热稳定性分析

4．3．7 PP/DDGS/ZIF-8复合材料的阻燃性能及机理分析

4．4本章小结

5 ZIF-8协同DDGS/RDP阻燃PP复合材料的制备及性能研究

5．1概述

5．2实验部分

5．2．1实验原料与仪器

5．2．2 PP/DDGS/ZIF-8/RDP复合材料的制备

5．2．3测试表征方法

5．3结果与讨论

5．3．2 PP/DDGS/ZIF-8/RDP复合材料的维卡软化温度

5．3．3 PP/DDGS/ZIF-8/RDP复合材料的热失重分析

5．3．4 PP/DDGS/ZIF-8/RDP复合材料的阻燃性能分析

5．4本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录