Co/Zn-ZIFs杂化物的制备及其对聚合物阻燃性能的影响

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近年来,沸石咪唑酯有机骨架材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs)除了在催化和吸附等领域受到关注以外,在复合材料领域的研究也受到了关注。然而,有科研工作者发现,ZIFs对环氧树脂(EP)的阻燃抑烟效果有限,且容易发生团聚,同时在EP基体中分散性不佳。为了解决这些问题,本论文中对ZIFs进行了改性,制备了多种纳米杂化材料,并研究了其对复合材料热性能和阻燃抑烟性能的影响。首先,通过静电吸附作用,在β-FeOOH纳米棒表面沉积了ZIF-8和ZIF-67纳米颗粒。再通过简单共混的方法将ZIF-8-β-FeOOH和ZIF-67-β-FeOOH纳米杂化物加入到EP基体中,探究其对EP阻燃抑烟性的影响。其次,本文通过水解TEOS在ZIF-67-β-FeOOH表面包覆了SiO2,并将其添加到EP中以探究其对EP的阻燃抑烟性能的改善效果。最后,本文还利用Co-ZIF-L@RGO和IFR的协同阻燃作用,探究了二者最佳协同配比,及其对TPU阻燃抑烟性能和热导率的影响。(1)制备了ZIF-8-β-FeOOH和ZIF-67-β-FeOOH两种纳米杂化物,来提高EP的阻燃抑烟性能。首先,通过共沉淀法制备了ZIF-8和ZIF-67。水热法用于制备β-FeOOH纳米棒。再通过静电吸附,分别将ZIF-8和ZIF-67负载在β-FeOOH纳米棒上,以制备ZIFs-8-β-FeOOH和ZIFs-67-β-FeOOH杂化材料。利用SEM、XRD、FTIR等对ZIFs-β-FeOOH杂化物的形貌和结构进行了表征,结果表明,ZIF-8和ZIF-67纳米颗粒被成功的负载在β-FeOOH纳米棒上。简单物理混合制备了ZIFs-β-FeOOH/EP复合材料,通过TGA、CONE等研究了ZIFs-β-FeOOH/EP的热稳定性和阻燃抑烟性。CONE结果显示,EP复合材料的pHRR分别下降了52.0%和58.9%,pSPR分别下降了20%和40%。最后,通过SEM、LRS、XPS、XRD等测试对ZIFs-β-FeOOH的阻燃抑烟机理进行了初步的探究。(2)为了进一步提高ZIFs-β-FeOOH对EP的阻燃效率,在对ZIF-67-β-FeOOH进行了包覆改性,通过引入SiO2,提高了杂化物的阻燃效率,所得的SiO2@ZIF-67-β-FeOOH的结构和形貌经过了SEM、FTIR等表征。并通过TGA、LOI、CONE等对复合材料的阻燃抑烟性能进行了表征。结果表明,5 wt%的阻燃添加剂可以将EP复合材料的LOI提高到31.9%,SiO2的包覆可以有效地进一步提高杂化物的阻燃效率,可以有效提高EP的阻燃抑烟性。(3)由Co2+与2-MI配位制备了一种的叶片状Co-ZIF-L,将Co-ZIF-L负载到石墨烯上得到新型Co-ZIF-L@RGO杂化物,并对其结构和形貌进行了表征。然后将其与膨胀型阻燃添加剂(IFR)复配后添加到TPU中。通过TGA、LOI、UL94、CONE和TG-IR等研究了Co-ZIF-L@RGO和IFR复配对TPU复合材料热性能、阻燃和抑烟性能的影响,并且还探究了复合材料的导热性能。CONE结果显示,TPU复合材料的pHRR、THR、pSPR和TSP分别降低84.4%、70.1%、60.3%和62.5%,32.6%的LOI值也表面TPU的火灾安全性得到了提高。这是因为该杂化物和IFR的协同作用促进膨胀的炭层变得致密,更好的改善了TPU的阻燃抑烟性。此外,阻燃抑烟机理也进行了详细地讨论。图[50]表[15]参[116]
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