镁铝、锌铝层状双氢氧化物的改性及其在聚合物中的应用

摘要

随着人们环境意识的提高，环境友好的无机阻燃剂受到人们的关注。无机阻燃剂无毒无烟，价格低廉，在提高材料的阻燃抑烟性能的同时，还能降低材料的成本。本文利用离子交换交换性制备出七钼酸根插层的MgAl LDHs，并将其应用到聚氨酯弹性体和环氧树脂中，研究了七钼酸根插层的MgAl LDHs对聚氨酯弹性体和环氧树脂的阻燃抑烟性能的影响；同时利用离子交换法和诱导水解甲硅烷基化法制备出三聚磷酸根离子插层/氨丙基三乙氧基硅烷接枝的ZnAl LDHs，并将其添加到聚氨酯弹性体中，研究了PUE/LDHs复合材料的形态、热稳定性和阻燃抑烟性能。　　（1）利用水热法和离子交换制备出七钼酸根插层的MgAl LDHs，不同含量Mo7O6-24插层的MgAl LDHs通过预聚体法添加到聚氨酯弹性体中，就LDHs对聚氨酯弹性体热稳定性，阻燃抑烟性能和力学性能的影响进行探究。结果表明：Mo7O6-24插层的 MgAl LDHs对降低聚氨酯弹性体材料燃烧时的最大热释放速率（PHRR）和烟密度（Ds）表现出明显的效果，这说明Mo6+作为一种阻燃抑烟元素插层在LDHs片层间应用在聚氨酯弹性体中，对聚氨酯弹性体的阻燃抑烟性能有明显的改善，这主要是因为由Mo7O6-24插层的MgAl LDHs分解生成的MoO3是一种有效的阻燃抑烟剂。而且，在LDHs含量较低时，LDHs的片层取向效应和链段滑移作用使得复合材料的力学性能得到提高。　　（2）将Mo7O6-24插层的MgAl LDHs添加到环氧树脂中，Mo7O6-24插层的MgAl LDHs对提高 ER/LDHs的阻燃抑烟性能表现出明显的效果，1wt％的 Mo-MgAl LDHs可以使得复合材料的PHRR和总的热释放（THR）降低19.1%和24.7%，添加5wt%Mo-MgAl LDHs的复合材料的LOI可以达到28.5%，Ds,max和 Ds,10min分别下降了25.4%和27.3%。同时，少量 LDHs时复合材料的力学性能得到了提高，这是由于LDHs片层和环氧分子连之间产生的界面相互作用。　　（3）利用离子交换法和诱导水解甲硅烷基化法制备出同时含有P和Si元素的三聚磷酸根离子插层/氨丙基三乙氧基硅烷接枝的ZnAl LDHs(A-LDHs)，利用XRD, FTIR, XPS和TG进行表征，我们发现在A-LDHs中，P3O105-通过静电力和氢键作用插层在LDHs层间，APTS通过Si-OH与LDHs片层上羟基的缩合反应形成的共价键接枝在LDHs片层表面。　　（4）将改性的LDHs添加到聚氨酯弹性体中，相比于未改性的LDHs（N-LDHs），添加A-LDHs的PUE/LDHs复合材料的T5, T10, T50 and Tmax高于添加N-LDHs的复合材料。当LDHs的添加量为1wt%时，PUE1（N-LDHs）和PUE6（A-LDHs）的PHRR分别下降了28.5%和35.4%。添加5wt%N-LDHs的PUE3的Ds,max下降到315，而添加相同含量A-LDHs的PUE8的Ds,max下降到204。进一步通过LRS, FTIR和 XPS分析，A-LDHs中的P、Si元素能够形成更加稳定的碳层，使之能够更有效地阻隔热量和氧气的传递，使得复合材料的热稳定性、阻燃性和抑烟性得到提高。

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引言

第一章 绪论

1.1引言

1.2 主要无机阻燃剂分类

1.3 LDHs的制备方法

1.4 LDHs在阻燃中的应用

1.5 本论文的研究目的及内容

第二章 七钼酸根离子插层MgAl双氢氧化物的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章Mo-MgAl LDHs 在聚氨酯弹性体中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 Mo-MgAl LDHs 在环氧树脂中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 ATPS接枝/STPP插层ZnAl LDHs的制备

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 A-LDHs在聚氨酯弹性体中的阻燃抑烟性能

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 PUE/LDHs复合材料残炭分析

6.5 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果