新型富含P、N元素MOFs的合成及其在EP中的阻燃应用

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环氧树脂(EP)是一种拥有很好的热稳定性、耐腐蚀、绝缘性能良好、力学性能优异的高分子材料,被广泛的应用于我们生活的方方面面。但是由于EP含有大量C、H、O等元素,使其较易燃烧,在燃烧的时候会释放出大量的热、烟雾、有毒有害气体等物质,影响其在一些领域的使用。因此,有必要对EP进行深入的阻燃及抑烟研究。金属有机骨架化合物(MOFs)是由金属离子与有机配体通过配位键键连形成的一类多孔的具有网状骨架结构的材料,MOFs有相对较高的热稳定性,与聚合物有相对较好的相容性。含有的金属元素能够减少烟气排放且能够催化聚合物基材的成炭反应;但是目前应用于阻燃方面的MOFs普遍存在有机配体不含有阻燃元素或者阻燃元素含量较低等问题,所以MOFs在单独使用时阻燃效率较差,常常需要对其进行阻燃接枝改性或者与其他高效阻燃剂协同配使用,所以我们用高阻燃元素含量的2,4,6-三(对氨基苯甲酸)-1,3,5-三嗪和六(4-羧基苯氧基)环三磷腈作为有机配体合成新型的MOFs,并将它们应用于EP中,探究MOFs对EP的阻燃性能影响,并分析阻燃机理,具体研究内容如下:第一部分:以三聚氯氰和对氨基苯酸为原料合成了有相对较高的氮含量的2,4,6-三(对氨基苯甲酸)-1,3,5-三嗪(R1),并以其为配体与氯化锌(Zn Cl2)通过溶剂热法制备了一种新型的MOF,并用X射线单晶衍射测试、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析(TGA)和热重红外连用(TG-IR)等对其进行了表征。这些测试结果表明,我们成功地制备了一种新型的MOF(R1-MOF),其为正六面体结构,颗粒度均一,分散性良好,没有出现团聚。TGA测试结果表明,R1-MOF的热稳定性良好,能够满足EP的固化要求。并将其应用到EP中,锥形量热测试(CCT)结果表明,相较于纯EP,EP复合材料的热释放速率峰值(p HRR)降低了51.3%,烟释放速率峰值(p SPR)降低了41.5%,一氧化碳生成量(COP)降低了45.3%,二氧化碳生成量(CO2P)39.1%。第二部分:以六氯环三磷腈和对羟基苯甲酸甲酯为原料合成了有相对较高的P、N含量的六(4-羧基苯氧基)环三磷腈,并以其为配体与六水合高氯酸锌(Zn(Cl O4)2·6H2O)通过溶剂热法制备了一种新型的MOF(R2-MOF),并用X射线单晶衍射、XRD、SEM、TGA和TG-IR等对R2-MOF的结构、形貌和热稳定性等进行了表征。测试结果表明,成功地制备了一种新型的MOF,其为片层状结构。TGA测试结果表明,R2-MOF稳定性足够,能够满足EP的加工和固化要求。CCT结果表明,EP复合材料样品的p HRR降低了29.9%,p SPR降低了45.9%,COP和CO2P分别降低了38.4%和38.1%。
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