石墨烯、氮化碳基雜化物的制備及其聚氨酯阻燃性能的研究.pdf

1、熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)具有高模量、高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐磨性、耐化學(xué)品、耐水解、抗霉菌性和使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)異的性能使得熱塑性聚氨酯廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)裝備、線纜、汽車、醫(yī)藥衛(wèi)生、管材、薄膜等眾多領(lǐng)域。然而TPU屬于易燃物質(zhì)，一旦引燃將發(fā)生劇烈燃燒反應(yīng)，釋放出大量的熱量、有毒氣體及煙霧，且伴有嚴(yán)重的熔融滴落現(xiàn)象。因此，對(duì)TPU進(jìn)行阻燃處理是十分必要的。在TPU之中使用的阻燃劑可以簡單分為有機(jī)與無機(jī)阻燃劑兩大類，各自有著優(yōu)缺點(diǎn):有機(jī)阻

2、燃劑具有與基體相容性好的優(yōu)點(diǎn)，但是通常熱穩(wěn)定性差;而無機(jī)阻燃劑熱穩(wěn)定性好，但通常所需添加量較大，影響基材的力學(xué)性能和加工性能。有機(jī)-無機(jī)雜化物在聚合物的阻燃中有重要的作用，是由于它可以同時(shí)結(jié)合有機(jī)和無機(jī)組分的優(yōu)勢，可以大大改善阻燃劑的阻燃效率和與聚合物基體的相容性。本論文通過表面接枝改性與分子間氫鍵作用成功合成了三種有機(jī)-無機(jī)雜化物并對(duì)其結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行表征，通過母粒法和熔融共混相結(jié)合的方法將雜化物成功的分散在TPU基體之中，研究有機(jī)-無

3、機(jī)雜化物對(duì)TPU復(fù)合材料阻燃性能的影響，并從凝聚相和氣相角度分析材料在熱解過程中組成、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)產(chǎn)物的變化規(guī)律，闡明材料的阻燃、抑煙減毒機(jī)理具體研究工作如下:
　　1、通過在GO表面原位接枝Cu(salen)配合物成功的制備了有機(jī)-無機(jī)雜化物(f-GO)，通過母粒法與熔融共混法制備了TPU納米復(fù)合材料。TGA的結(jié)果表明TPU/Cu(salen)-f-GO復(fù)合材料的初始分解溫度和殘?zhí)苛坑辛嗣黠@的提高。與純TPU樣相比，TPU/Cu

4、(salen)-f-GO復(fù)合物在熱解過程中的總揮發(fā)性氣體釋放量明顯下降，且有毒氣體CO的產(chǎn)量也大幅降低。錐形量熱儀測試結(jié)果表明TPU/Cu(salen)-f-GO2.0的pHRR與純TPU相比下降了14％，SPR也有了明顯的下降。研究結(jié)果表明雜化物Cu(salen)-f-GO中的無機(jī)GO片層的阻隔效應(yīng)與有機(jī)Cu(salen)的催化成炭效果相結(jié)合，有效的減少揮發(fā)性氣體的逸出與減緩熱量傳遞，從而提高復(fù)合物的熱穩(wěn)定性、抑煙減毒與火安全性能。<

5、br>　　2、通過成鹽反應(yīng)和氫鍵作用制備了g-C3N4/二乙基次膦酸鋁(DAPHi)有機(jī)-無機(jī)雜化物(CDAPHi)，同時(shí)制備了一種乳酸穩(wěn)定的銅單質(zhì)納米顆粒，通過熔融共混的方法將銅顆粒與雜化物復(fù)配加入TPU基體中。熱重結(jié)果表明雜化物中的g-C3N4對(duì)DAPHi起到隔離保護(hù)的作用，從而提高DAPHi的熱穩(wěn)定性;雜化物中有機(jī)組份與基體相容性好，從而提高了TPU復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度;錐形量熱儀測試表明雜化物添加到基體中降低了pHRR和THR，且

6、納米銅顆粒與雜化物復(fù)配使用，TPU復(fù)合材料的pHRR和THR顯著降低。研究表明雜化物中的有機(jī)DAPHi在熱解過程中可釋放中含磷的自由基捕捉劑在氣相發(fā)揮阻燃作用，雜化物中的無機(jī)g-C3N4可以起到物理阻隔效應(yīng)發(fā)揮凝聚相阻燃作用，而納米銅顆?？梢耘c雜化物發(fā)揮協(xié)同阻燃作用，促進(jìn)炭層形成，延緩聚合物的降解。
　　3、通過分子設(shè)計(jì)合成了一種膦酰胺低聚物，將其與石墨狀氮化碳通過氫鍵作用形成有機(jī)-無機(jī)雜化物，TGA結(jié)果表明無機(jī)的g-C3N4提高

7、了雜化物的熱穩(wěn)定性。將石墨狀氮化碳、膦酰胺低聚物和雜化物分別加入TPU基體之中，研究其對(duì)TPU的熱穩(wěn)定性和阻燃性能的影響。錐形量熱儀結(jié)果表明有機(jī)膦酰胺低聚物有良好的催化成炭效果，但是由于其成炭速度較慢，在未形成有效炭層前釋放出大量熱量，導(dǎo)致其pHRR較高;而無機(jī)g-C3N4具有較好的阻隔效應(yīng)顯著降低pHRR，但是由于其缺乏催化成炭的能力，在燃燒后期發(fā)生降解之后，并不能持續(xù)發(fā)揮阻隔效應(yīng)，從而導(dǎo)致較高的THR。有機(jī)-無機(jī)雜化的氮化碳/膦酰胺