BaO·4B2O3·5H2O纳米材料的制备及其对聚丙烯阻燃性能的热分解动力学方法评价

摘要

硼酸盐是一类抑烟、低毒和热稳定性较高的无机阻燃剂,但是通常制备得到的硼酸盐颗粒在微米尺度,在聚合物基质中很难分散,限制了其在工业上的应用.所以,开展硼酸盐纳米材料的制备及其阻燃性能的有效评价研究具有重要实际意义.关于硼酸钡作为纳米阻燃剂的研究还未见报道,本文采用水热法制备了硼酸钡BaO·4B2O3·5H2O纳米片和纳米带,并通过粉末X-射线衍射仪(XRD),傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),热重-差示扫描量热(TG-DSC)和扫描电镜(SEM)等手段对样品进行了表征.采用热重分析(TGA)、差示扫描量热(DSC)及极限氧指数(LOI)法对聚丙烯/BaO·4B2O3·5H2O复合材料的阻燃性能进行了研究;考虑到聚丙烯/BaO·4B2O3·5H2O纳米片和纳米带复合材料接近的TG失重和LOI,所以进一步通过非等温热分解动力学方法进行了评估.伴随着TG质量损失的减少,DSC在N2气氛下吸收热的增加,氧指数值的增加,以及热分解表观活化能的增加,制备样品BaO·4B2O3·5H2O的阻燃性能由块体到纳米带再到纳米片依次增强,这与样品尺寸依次减小一致.通过对燃烧后残渣的扫描照片分析,对其阻燃机理进行了探讨.另外,对聚丙烯/BaO·4B2O3·5H2O复合材料的力学性能也进行了研究.其中,聚丙烯/BaO·4B2O3·5H2O纳米片复合材料具有最好的阻燃性能和力学性能,可以发展作为一种潜在的实用阻燃剂.