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蒙脱土(MMT)凭借其优良的片层阻隔和层间离子可交换等特性,被普遍应用于纳米阻燃和有机吸附等方面。但其在聚合物阻燃中的效果不佳,与聚合物界面的相容性也有待提高,限制了其进一步的推广与应用。本文利用过渡金属化合物的高效催化成炭、蒙脱土优良的片层阻隔作用,设计制备一系列的蒙脱土层间化合物。为了增强与聚合物体系的相容性,提高体系的成炭性,选用天然壳聚糖和环糊精作为成炭剂和改性剂,制备有机改性蒙脱土层间化合物,研究其在聚合物复合材料中的阻燃作用,进而推断其阻燃机理。通过水热合成法得到蒙脱土层间钴化合物(Co-MMT),选用酸化壳聚糖(CTS)对其进行改性;采用熔融共混法制备聚丙烯/膨胀型阻燃剂/壳聚糖改性蒙脱土层间钴化合物(PP/IFR/CTS-Co-OMT)纳米复合材料。Co-OMT在体系中能显著提高材料的热稳定性和燃烧性能:添加4 wt%CTS-Co-OMT的复合材料阻燃性能最佳,其氧指数(LOI)达到32.1,并能达到垂直燃烧(UL-94)的V-0级别。这主要归因于钴化合物的优异催化成炭作用及蒙脱土独特的物理阻隔作用,形成致密炭层抑制了热量和挥发性气体的扩散。利用β-环糊精(β-CD)“内腔疏水、外壁亲水”的特点,设计制备出β-CD与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的二者包合物(β-CD-CTAB),用以改性蒙脱土层间镍化合物(Ni-MMT),得到有机改性β-CD-CTAB-Ni-OMT;制备EP/β-CD-CTAB-Ni-OMT纳米复合材料。添加5 wt%β-CD-CTAB-Ni-OMT的复合材料,与纯环氧树脂(EP)相比,其成炭量提高了21%,LOI值提高了10%,热释放总量降低了7.7%。一方面是由于蒙脱土片层的阻隔作用,达到了延缓易燃气体挥发和氧气扩散的目的。另一方面是因为镍化合物具有催化β-CD和EP的降解成炭作用,致密炭层可阻止聚合物进一步分解,进而提高复合材料阻燃性能。为了进一步提高阻燃效果,设计合成磷酸化壳聚糖(PCTS),用于改性蒙脱土层间铁化合物(Fe-MMT);制备环氧树脂/磷酸化壳聚糖改性蒙脱土层间铁化合物(EP/PCTS-Fe-OMT)纳米复合材料。结果显示,添加5 wt%PCTS-Fe-OMT的复合材料的总热释放量和总烟释放量,与纯EP相比,分别降低了17%和11%。PCTS-Fe-OMT在聚合物中的阻燃机理一方面是蒙脱土的物理阻隔作用,其次为铁化合物催化PCTS和EP形成紧凑坚固的含磷炭层,抑制火焰与聚合物之间物质和能量交换;PCTS在燃烧时可氧化分解产生的PO·或HPO·等游离基,可在气相中捕获活性H·游离基或OH·游离基,延迟聚合物降解,从而达到阻止燃烧的目的。