高透明性、高折射率阻燃聚乙烯醇/拟勃姆石纳米复合材料的制备及性能研究

摘要

聚乙烯醇(PVA)是一种应用于纺织、涂料、粘结剂等重要的原料。多年来，有很多对PVA进行改性的研究，拓展了其应用范围。本文利用溶液混合法制备了一种PVA/拟勃姆石纳米复合材料，并对其结构及多项性能进行讨论和研究。论文内容主要包括三个部分:
　　(1)拟勃姆石纳米短棒的合成
　　以异丙醇铝和醋酸为原料，通过溶胶凝胶法制备了拟勃姆石纳米短棒。透射电镜图像显示，除了水热反应温度对拟勃姆石纳米粒子长径比有影响外，其他反应条件对纳米粒子形貌没有明显影响。
　　(2) PVA/拟勃姆石纳米复合材料制备
　　通过混合PVA和拟勃姆石纳米粒子溶液并浇铸成膜，制备了PVA/拟勃姆石纳米复合材料。扫面电镜图像显示，拟勃姆石纳米短棒在PVA基体中保持良好的分散，基本维持了PVA原有的透明性。随着拟勃姆石纳米短棒含量的升高，PVA/拟勃姆石纳米复合材料的氧指数也明显升高。拟勃姆石有效提高了PVA的阻燃性是由于拟勃姆石受热分解产物中的水分子和Al2O3分别对气相阻燃和凝聚相阻燃作出了贡献。TGA数据显示，拟勃姆石虽然在低温范围内促进了PVA的热分解，但是在高温范围内却提高了其稳定性。另外，拟勃姆石纳米短棒的加入虽然降低了PVA复合材料的断裂伸长率，但是却提高了材料其他力学性能，如拉伸强度和模量等。
　　此外，本论文还通过静电纺丝法成功制得了PVA/拟勃姆石纳米纤维。高拟勃姆石填充量的纳米纤维在煅烧后依然维持了原有的形貌，说明拟勃姆石热分解产物Al2O3具有良好的自支撑性能，这也为制备多孔Al2O3材料提供了一个新途径。
　　(3) PVA/拟勃姆石纳米复合材料透明性研究
　　通过紫外可见分光光度计、光散射仪等发现，PVA/拟勃姆石纳米复合材料透明性受到三个有利因素的影响:第一，PVA与拟勃姆石折射率较接近，满足材料透明条件中的“折射率相匹配”原则;第二，拟勃姆石粒子尺寸为纳米级别，有效减少了光散射;第三，PVA高分子链能够以氢键作用吸附在拟勃姆石纳米粒子表面，不但能防止其团聚，而且还避免了PVA与勃姆石之间的“剥离”。进一步研究还发现，拟勃姆石纳米粒子溶液受pH值影响很大，较高的pH值会导致拟勃姆石纳米粒子之间发生团聚甚至沉淀。而且，较低浓度的PVA不但无法让拟勃姆石纳米粒子分散更稳定，反而会促使拟勃姆石纳米粒子发生团聚。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 发展阻燃剂背景

1．2 高分子燃烧机理

1．2．1 高分子材料阻燃性评估

1．2．2 阻燃的机理

1．3 高分子阻燃策略

1．3．1 自阻燃高分子材料

1．3．2 化学修饰高分子材料

1．3．3 共混法阻燃高分子材料

1．4 PVA阻燃介绍

1．5 本文主要研究内容和研究目标

第2章 纳米拟勃姆石的制备与表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料和试剂

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 拟勃姆石的制备

2．2．4 实验表征和测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 拟勃姆石反应条件影响

2．3．2 实验表征和测试

2．4 本章小结

第3章 拟勃姆石／PVA纳米复合材料的制备

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料和试剂

3．2．2 主要仪器设备

3．2．3 PVA／拟勃姆石纳米复合材料的制备

3．2．4 实验表征和测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 PVA／拟勃姆石纳米复合材料的形态结构

3．3．2 PVA／拟勃姆石纳米复合材料的物理性质表征

3．4 本章小结

第4章 PVA／拟勃姆石纳米复合材料透明性研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料和试剂

4．2．2 主要仪器设备

4．2．3 拟勃姆石纳米颗粒的纯化及PVA溶液的制备

4．2．4 实验表征和测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 拟勃姆石对PVA纳米复合材料折射率的影响

4．3．2 拟勃姆石溶胶性质的探究

4．4 本章小结

第5章 PVA／拟勃姆石纳米复合纤维的制备

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 主要原料和试剂

5．2．2 主要仪器设备

5．2．3 实验表征和测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 PVA／拟勃姆石纳米复合材料薄膜煅烧后形貌观察

5．3．2 PVA／拟勃姆石无纺布煅烧前后形貌观察

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要科研成果