改性石墨烯对聚合物阻燃抑烟性能的影响

摘要

随着当前社会的高速发展，人们对环保的重要性也更加的重视。因此，环保型阻燃剂受到了广泛的关注。在本文中，通过水热法将MgAl-LDH负载到石墨烯表面，制备出RGO-LDH，用于提高石墨烯的分散性。然后通过离子交换法将七钼酸根离子插层改性石墨烯表面的LDH，研究其对聚氨酯复合材料热稳定性，阻燃性能和抑烟性能的影响；通过离子交换法用磷酸二氢根离子插层改性RGO-LDH制备出新型杂化物RGO-LDH/P，将其添加到环氧树脂中，研究RGO-LDH/P在环氧树脂中的分散性，及其对聚氨酯复合材料的热性能，阻燃性能和抑烟性能的影响；通过共沉淀法将钼酸铜负载到RGO-LDH表面，制备出新型杂化物RGO-LDH/CuMoO4，将其添加到环氧树脂中，研究RGO-LDH/CuMoO4在环氧树脂中的分散性，及其对聚氨酯复合材料的热性能，阻燃性能和抑烟性能的影响。　　（1）通过共沉淀法制备镁铝层状双氢氧化物负载石墨烯杂化材料（RGO-LDH），再通过离子交换法将七钼酸根离子（Mo7O246-）插入RGO-LDH的层间中，制备RGO-LDH/Mo。X射线衍射、红外光谱、激光拉曼光谱和透射电子显微镜测试结果表明，LDH成功负载到石墨烯片层上，且Mo7O246-成功插入LDH层间中。将RGO-LDH/Mo添加到聚氨酯弹性体（PUE）中，研究其对聚氨酯弹性体的热稳定性、阻燃性能及抑烟性能的影响。结果表明，RGO-LDH/Mo的加入使得PUE复合材料的前期热分解温度和最大热分解温度相比纯PUE有所提前，但是在700℃时的残炭率明显增多。复合材料的PHRR大幅度的下降，阻燃性能得以提高。与纯PUE相比，RGO-LDH和RGO-LDH/Mo的加入均降低了复合材料的烟密度，且RGO-LDH/Mo效果更加明显，添加2wt%RGO-LDH/Mo，复合材料的烟密度最大值下降了31.5%。阻燃及抑烟效果的提升主要归因于石墨烯和LDH物理阻隔作用和LDH在燃烧过程中分解生成的金属氧化物混合物能使得残炭量增加，同时RGO-LDH/Mo燃烧过程中生成的MoO3具有促进成碳和抑烟的作用。　　（2）通过离子交换法将磷酸二氢根（H2PO4-）插入RGO-LDH的层间中，制备RGO-LDH/P。X射线衍射、红外光谱和透射电子显微镜测试结果表明，LDH成功负载到石墨烯片层上，且H2PO4-成功插入LDH层间中。将RGO-LDH/P添加到环氧树脂（EP）中，研究其对EP的热稳定性、阻燃性能及抑烟性能的影响。结果表明，RGO-LDH/P的加入使得EP复合材料的前期热分解温度和最大热分解温度相比纯EP有所提前，但是在700℃时的残炭率明显增多。复合材料的PHRR和THR大幅度的下降，LOI值明显上升，阻燃性能得以提高。与纯EP相比，RGO-LDH和RGO-LDH/P的加入均降低了复合材料的烟密度，且RGO-LDH/P效果更加明显。阻燃及抑烟效果的提升主要归因于石墨烯和LDH物理阻隔作用和LDH在燃烧过程中分解生成的金属氧化物混合物能使得复合材料残炭量增加，同时H2PO4-具有促进成碳的效应，进一步起到阻燃抑烟的作用。　　（3）将CuMoO4负载到RGO-LDH片层上，制备出CuMoO4改性石墨烯/层状双氢氧化物杂化材料（RGO-LDH/CuMoO4）。通过 X射线衍射、激光拉曼光谱和透射电子显微镜对RGO-LDH/CuMoO4的组成，结构和形貌进行表征，结果表明RGO-LDH/CuMoO4成功制备出。将RGO-LDH/CuMoO4添加到环氧树脂中，研究其对环氧树脂的阻燃性能及抑烟性能的影响。结果表明，RGO-LDH/CuMoO4的加入使得EP复合材料的PHRR和THR大幅度的下降，。此外，复合材料的氧指数（LOI）和残炭率明显提高，阻燃性能得以提升。与纯EP相比，RGO-LDH/CuMoO4的加入均降低了复合材料的生烟速率（SPR），总生烟量（TSP）和烟密度最大值（Ds, max）。EP复合材料阻燃抑烟性能的提升主要归因于石墨烯和LDH物理阻隔作用和LDH在燃烧过程中分解生成的金属氧化物混合物能使得残炭量增加，同时RGO-LDH/CuMoO4燃烧过程中生成的Cu2O和MoO3具有促进成碳和提高碳层致密性的作用。

目录

声明

引言

第一章 绪论

1.1引言

1.2 阻燃剂机理

1.2无机阻燃剂的概述

1.3 石墨烯的概述

1.4 LDH的概述

1.5 本论文的研究目的及内容

第二章钼酸根改性RGO-LD H对聚氨酯阻燃抑烟性的影响

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 磷酸根改性 RGO-LD H 对环氧树脂阻燃抑烟性的影响

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 钼酸铜改性RGO-L D H对环氧树脂阻燃抑烟性的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 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