论文部分内容阅读
本文以可再生且可生物降解的纤维素纳米纤维(CNF)为原料,采用环保的冷冻干燥技术成功制备出CNF气凝胶。后期通过向CNF悬浮液中混合阻燃添加剂蒙脱土(MMT)、三聚氰胺甲醛树脂(MF)、硼酸(BA),利用简单的交联反应,实现对CNF基气凝胶阻燃性能和力学性能的双重改性。并通过傅立叶变换红外光谱(F TIR)、扫描电镜(SEM)、压缩测试、导热系数、热重分析(TGA)、极限氧指数测试(LOI)、垂直燃烧法(UL-94)以及锥形量热法(CC)测试对所制备的CNF基气凝胶的性能进行表征。对于CNF/MMT复合气凝胶来说,MMT的添加改变了气凝胶的微观结构,当气凝胶中MMT的含量不低于0.75g时,复合气凝胶内会出现三维网络结构。MMT的加入增强了CNF气凝胶力学性能和热稳定性,但是过量的MMT又会对气凝胶的性能起到负面影响。根据LOI测试结果可以发现,受MMT在阻燃中起作用的方式的影响,它的加入仅能小程度的改善CNF基气凝胶的阻燃性能。对于MF改性的CNF基气凝胶来说,MF与CNFs大分子的交联反应虽未明显的改变气凝胶的微观结构,但交联却有效的增强了材料的力学性能,通过加入1g的MF,CNF基气凝胶的压缩模量和压缩应力分别增加了316%和114%。同时MF成功交联也使CNF气凝胶具有优异的热稳定性和阻燃性能。尤其是在MMT和MF的协同阻燃作用下,CNF/MMT/MF复合气凝胶的LOI值均高于50%,UL-94等级为V-0级。样品CNF1MMT1MF1的LOI值更是高达57%,相应的放热峰(PHRR)和总放热(THR)也分别降低为5.99 kW/m2和0.72 MJ/m2。对于B/N互配阻燃改性的CNF/MMT复合气凝胶来说,BA与CNFs的络合反应使气凝胶呈现更窄的片层间距,MF与CNF交联又使片层间连接部分增加。这些微观结构的变化明显改善了气凝胶的力学性能和阻燃性能。压缩测试表明,改性后的气凝胶具有优异的力学性能,且1.125g为BA的最佳添加量,MF的继续添加能够进一步增强气凝胶的力学性能。CNF/MMT/MF/BA气凝胶同样也具有优异的热稳定性和阻燃性能,当气凝胶中BA的量不小于1.125g时,样品的LOI值均大于40%,且UL-94等级为V-0级。在此基础上,2.25g MF的掺入可使气凝胶的LOI值最高达到85%以上,这些结果都表明BA和MF对CNF/MMT气凝胶的机械性能和阻燃性能产生协同效应。