环境友好型尼龙66/粘土纳米复合材料制备及性能研究

摘要

尼龙66是一种应用非常广泛的工程塑料，对其阻燃性能的研究一直广受关注。在尼龙66的阻燃技术中，无卤阻燃已经成为研究的热点。聚合物/粘土纳米复合材料是一种新型的环境友好的阻燃方法，但研究发现，尽管粘土对聚合物具有显著的阻燃效果，聚合物/粘土纳米复合材料却很难达到V-0等级。其中一个主要原因是常用季铵盐改性粘土的热稳定性差，导致大多数聚合物/粘土纳米复合材料的引燃时间比纯聚合物还短；另一原因是单纯的物理阻隔作用不能完全阻止固相和气相之间的传热和传质。因此，提高有机粘土的热稳定性，引入无卤阻燃成分对于提高聚合物/粘土纳米复合材料的阻燃性能具有重要的意义。
　　 本文以无卤阻燃聚合物/粘土纳米复合材料为出发点，利用合成的1-十六烷基，3-甲基咪唑溴盐有机处理剂改性粘土，制备了具有良好热稳定性的有机粘土(I-clay)；为了进一步提高尼龙66/粘土纳米复合材料的阻燃性能，使用一羟甲基三聚氰胺(MMM)对耐热的有机粘土进行二次处理得到ICM。采用熔融共混法，制备了尼龙66/I-clay纳米复合材料，对材料的微观形态、热稳定性、阻燃行为、燃烧后炭层形貌等进行了表征与分析。
　　 通过XRD和TEM测试分析，表明有机粘土均匀分散于尼龙66基体中；I-clay的加入，使尼龙66/I-clay纳米复合材料具备了良好的热稳定性，尼龙66的热释放速率大幅下降，但由于有机粘土的分散增强效果，抑制了融滴的滴落，尼龙66/ICM纳米复合材料阻燃性能则表现出了一定的优势。通过对尼龙66及其复合材料燃烧后残留物形貌的分析，进一步证实了粘土的加入只能起到有限的物理阻隔作用，引入氮系阻燃成分以达到更好的阻燃效果具有的重要意义。
　　 在上文研究的基础上，本文进一步采用三聚氰胺改性粘土得到M-clay，制备了尼龙66/M-clay/三聚氰胺纳米复合材料，该体系在垂直燃烧实验中均能达到V-0等级，表现出了理想的阻燃性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2聚合物阻燃研究现状

1.2.1聚合物燃烧的特点

1.2.2聚合物阻燃机理与途径

1.2.3聚合物阻燃剂的种类

1.3尼龙66阻燃概述

1.3.1尼龙66简介

1.3.2尼龙66阻燃的主要方法

1.3.3常用于尼龙66的阻燃添加剂

1.3.4尼龙66其他阻燃途径

1.4新型阻燃方法——聚合物／粘土纳米复合材料

1.4.1蒙脱土

1.4.2聚合物／粘土纳米复合材料形成及制备方法

1.4.3阻燃聚合物／粘土纳米复合材料研究现状

1.5本课题研究意义和研究内容

1.5.1课题研究意义

1.5.2课题主要内容

第二章处理剂合成与粘土改性

2.1实验部分

2.1.1试剂与仪器

2.1.2 IM和MMM合成与制备

2.1.3粘土改性

2.2测试与表征

2.2.1 IM和MMM测试表征

2.2.2有机粘土测试与表征

2.3结果与讨论

2.3.1 IM核磁分析

2.3.2 MMM红外分析

2.3.3 I-clay XRD和TGA分析

第三章尼龙66／I-clay纳米复合材料制备与性能研究

3.1实验部分

3.1.1实验原料与设备

3.1.2实验配方及流程设计

3.1.3样品制备

3.2表征与测试

3.2.1微观形态表征

3.2.2热稳定性测试

3.2.3燃烧性能测试

3.2.4燃烧炭层表征

3.2.5拉伸性能测试

3.3结果讨论

3.3.1尼龙66／I-clay纳米复合材料微观形态

3.3.2尼龙66复合材料热性能

3.3.3尼龙66复合材料燃烧性能

3.3.4尼龙66纳米复合材料燃烧炭层分析

3.3.5尼龙66及其复合材料的拉伸性能

第四章尼龙66／M-clay纳米复合材料制备与性能研究

4.1实验部分

4.1.1实验原料与设备

4.1.2实验内容

4.2表征与测试

4.2.1 TGA分析

4.2.2 XRD测试

4.2.3 UL-94垂直燃烧实验

4.2.4拉伸性能测定

4.3结果与讨论

4.3.1 M-clay 的 TGA分析

4.3.2 M-clay及其纳米复合材料XRD分析

4.3.3 UL-94垂直燃烧性能

4.3.4拉伸性能

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

硕士成果及发表的文章

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