LLDPE/膨胀阻燃剂/OLDHs纳米材料的制备及性能研究

摘要

本论文讨论了膨胀阻燃剂、有机修饰的层状双氢氧化物(OLDHs)的制备方法，研究了聚合物/膨胀阻燃剂(SPDD)和聚合物/膨胀阻燃剂(SPDD)/OLDHs纳米复合材料的性能，并对其形貌结构进行了表征。本文采用了熔融插层法制备LLDPE/膨胀阻燃剂(SPDD)和LLDPE/膨胀阻燃剂(SPDD)/OLDHs纳米复合材料，同时研究了这两种阻燃材料的热降解行为和阻燃性能，以及LDHs与膨胀阻燃剂的协同效应。主要研究内容包括:
　　 (1)通过两步反应，采用季戊四醇、三氯氧磷和硝基胍这三种原料合成出了一种新型膨胀型阻燃剂:螺环磷酸酯缩硝基胍(SPDD)。采用红外、核磁及热重等手段对化合物进行表征。热重分析结果表明，螺环磷酸酯缩硝基胍在空气中具有很强的膨胀成炭能力及优异的阻燃性能，如在空气中的600℃时，残炭量达到54.5％:
　　 (2)通过溶液插层法制备有机修饰的LDHs，以螺环磷酸酯为改性阴离子，采用XRD结果表明，螺环磷酸酯阴离子可嵌入LDHs的层间，扩大LDHs层间距，实验结果表明以不同的金属离子制得的层间距有所不同;
　　 (3)通过熔融插层法制备了LLDPE/膨胀阻燃剂(SPDD)纳米复合材料，利用XRD、FTIR、LOI、SEM和TGA性能测试等手段对纳米复合材料进行表征。极限氧指数(LOI)研究结果表明添加适量的膨胀阻燃剂，LLDPE的阻燃性能明显比未添加时增强，材料的阻燃性能提高。SEM和TGA研究结果表明将膨胀阻燃剂加到线性低密度聚乙烯中可形成膨胀阻燃体系，在高温下，由于材料表面形成了膨胀炭层，因而能隔氧、隔热以及减缓可燃性气体逸出的作用，从而使材料的阻燃性能提高;
　　 (4)采用熔融法制备LLDPE/膨胀阻燃剂(SPDD)/OLDHs纳米复合材料。TGA结果显示低温区域热降解归因于层间水的失去，高温区域降解归因于碳酸盐的分解和金属氧化物的羟基化作用，从而导致片层结构的破坏。同线性低密度聚乙烯相比，它们表现出了热稳定性增强特性，这主要是由于LDHs、膨胀阻燃剂(SPDD)对氧气以及其他挥发产物的阻隔作用造成的。SEM测试结果发现不同的LDHs材料的断面形貌明显不同，这说明不同LDHs在LLDPE/膨胀阻燃剂(SPDD)/OLDHs树脂中分散性不同。由于材料表面的裂缝和空隙很小，阻燃材料的残炭表面很均匀呈现絮状，相互交联在一起，因此阻止热量和氧气的传递效果更好，从而使得材料在燃烧时阻燃性能提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究阻燃的意义

1．2 膨胀阻燃剂的阻燃机理

1．2．1 膨胀阻燃剂的化学组成

1．2．2 膨胀阻燃阶段的反应种类

1．2．3 成炭反应

1．2．4 凝聚相阻燃机理

1．2．5 气相阻燃机理

1．3 聚合物／层状双氢氧化物(LDHs)纳米复合材料

1．3．1 LDHs结构和性质

1．3．2 LDHs有机改性

1．3．3 聚合物／LDHs纳米复合材料的制备

1．3．4 聚合物／膨胀阻燃剂／LDH纳米复合材料的应用

1．4 本文研究的主要内容

参考文献

第二章 膨胀阻燃剂的合成与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 氯化螺环磷酸酯(SPCDC)的合成

2．2．3 螺环磷酸酯缩硝基胍(SPDD)的合成

2．2．4 螺环磷酸酯(SPDS)的合成

2．3 膨胀阻燃剂合成条件研究

2．3．1 物料配比对氯化螺环磷酸酯合成的影响

2．3．2 螺环磷酸酯缩硝基胍的合成讨论

2．4 测试方法

2．4．1 红外光谱

2．4．2 核磁共振

2．5 结果与讨论

2．5．1 红外光谱

2．5．2 核磁共振1H谱

2．5．3 核磁共振13P谱

2．6 本章小结

参考文献

第三章 有机修饰LDHs的合成

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 共沉淀方法制备OLDHs

3．2．3 OLDHs合成pH值的研究

3．3 测试方法

3．3．1 X射线衍射(XRD)

3．3．2 傅立叶变换红外(FTIR)

3．4 结果与讨论

3．4．1 OLDHs的XRD表征

3．4．2 红外光谱表征

3．5 本章小结

参考文献

第四章 熔融法制备LLDPE／膨胀阻燃剂(SPDD)纳米复合材料

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料与仪器

4．2．2 样品的制备

4．3 测试方法

4．3．1 傅立叶变换红外(FTIR)

4．3．2 扫描式电子显微镜(SEM)

4．3．3 氧指数(LOI)

4．3．4 万能材料试验机

4．3．5 热重分析仪

4．4 结果与讨论

4．4．1 膨胀阻燃剂(SPDD)热氧化和成炭机制

4．4．2 热分析

4．4．3 阻燃性能

4．4．4 扫描电镜图分析

4．4．5 力学性能测试

4．5 本章小结

参考文献

第五章 熔融法制备LLDPE／膨胀阻燃剂(SPDD)／LDH纳米复合材料

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 试剂与仪器

5．2．2 样品的制备

5．3 测试方法

5．3．1 X射线衍射(XRD)

5．3．2 扫描式电子显微镜(SEM)

5．3．3 氧指数(LOI)

5．3．4 万能材料试验机

5．3．5 热重分析仪

5．4 结果与讨论

5．4．1 结构表征

5．4．2 热稳定性分析

5．4．3 氧指数的测定

5．4．4 炭残留表面形态分析

5．4．5 力学性能测试

5．5 本章小结

参考文献

第六章 全文总结

致谢

作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果