聚合物-膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復合材料及性能研究.pdf

1、以復合化、高性能化、環(huán)?；癁樘攸c,開發(fā)無鹵、低毒、低煙的阻燃劑及高性能阻燃材料已成為當代阻燃技術領域的研究熱點之一。論文以膨脹型阻燃劑的分子設計、聚合物/蒙脫土納米復合材料及燃燒機理和結構與性能研究為研究目標,研究探討了磷氮型季銨鹽膨脹阻燃劑的設計合成、膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土與高分子納米復合材料的制備及膨脹阻燃、納米阻燃和協(xié)同阻燃機理等。
　　 論文設計并合成了5個分子內(nèi)含集炭源、酸源、氣源三功能團的磷氮型季銨鹽類膨脹型阻燃劑。

2、以新戊二醇與三氯氧磷為原料,制得2-氧代-2-氯-5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷雜環(huán)己烷(DPPC),DPPC與胺類化合物、氯乙酰氯和三乙胺反應制得磷氮型季銨鹽PAAB、PAEAC和PAHAC；或以季戊四醇與三氯氧磷為原料,制得季戊四醇二磷酰氯(SPDPC),SPDPC與2-溴乙胺溴酸鹽和叔胺反應制得磷氮型季銨鹽PDEAB和PDHAB。其中6個中間化合物(DPAB、DPEA、CPEA、DPHA、CPHA和PDBA)以及5個目標化合物

3、磷氮型季銨鹽(PAAB、PAEAC、PAHAC、PDEAB和PDHAB)都為新化合物,收率為20.4～80.4％。并用FT-IR、1H NMR、13C NMR和HRMS等表征方法確證了其分子結構?？疾炝嗽吓浔?反應溫度,反應時間,縛酸劑種類等對反應產(chǎn)物收率的影響,確定了DPEA、CDPA以及PDBA等中間化合物的合成工藝條件。
　　 通過磷氮型季銨鹽與鈉基蒙脫土離子交換反應,合成了5個系列的膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土,包括PAAB

4、-MMT、PAEAC-MMT、PAHAC-MMT、PDEAB-MMT和PDHAB-MMT,制得的膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土片層層間距在1.70～2.65 nm之間。考察了物料配比、反應溫度、反應時間和陽離子交換容量等對膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土離子交換率的影響,并確定了膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土制備工藝路線。探討了磷氮型季銨鹽結構與用量以及制備工藝條件等對膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土的層間距影響。研究了膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土結構組成與耐熱性能及成炭性能之

5、間關系。膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土具有良好的熱穩(wěn)定性和成炭性能。熱起始分解溫度在286～385℃之間,要高于常規(guī)表面活性劑改性的蒙脫土,能滿足各種高分子材料合成與加工條件。
　　 膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土與低密度聚乙烯(LDPE)等通過機械混煉熔融插層制得納米復合材料；或用原位插層聚合法制得聚氨酯(PU)/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復合材料。研究了膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土結構和添加量

6、、材料制備方法以及聚合物基體種類等對納米復合材料結構與形成機制的影響。相比鈉基蒙脫土,膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土在聚合物基體中具有較好的分散性。熔融插層法形成了插層型納米復合材料,而原位插層聚合法成了剝離型納米復合材料。
　　 膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土對聚合物基體有增強作用,與聚合物基體相比,添加膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土復合材料的拉伸強度和彈性模量分別提高了12～15％和3～12％,而斷率延伸率略有下降。膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土膨脹炭化作

7、用以及蒙脫土片層阻隔效應改善聚合物基體(LDPE、PU、PMMA等)的耐熱性,使材料的成炭率明顯提高。錐型量熱儀測試表明膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土對LDPE、PU、PMMA等阻燃效果顯著。不僅降低聚合物基體的熱釋放速率、總放熱量以及平均質(zhì)量損失速率,而且延緩點燃時間。聚合物/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復合材料的熱釋放速率峰值(PHRR)比聚合物基體降低了20～40％。在相同添加量下,膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土對材料的阻燃效果均優(yōu)于膨脹型阻燃劑與

8、蒙脫土單獨作用。
　　 通過FT-IR、掃描電鏡分析(SEM)、透射電鏡分析(TEM)以及光電子能譜(EDX)等表征手段對聚合物/膨脹型阻燃劑修飾蒙脫土納米復合材料的阻燃機理進行了研究,結果表明在受強熱或燃燒時,以納米尺度分散在聚合物基體中蒙脫土片層阻隔作用,負載在蒙脫土片層表面膨脹型阻燃劑膨脹阻燃作用及兩者協(xié)同作用,強化了膨脹炭層,能在材料表面形成在很好的保護層,隔絕基體材料與外界的熱質(zhì)傳遞與可燃氣體的交換,提高了材料阻燃性能