基于类水滑石的复合型阻燃剂的合成及其热性能研究

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阻燃剂是用于合成高分子材料的重要加工助剂之一,目前已大量应用于人们的日常生活和现代化工业生产的诸多领域。卤系阻燃剂是当前产量最高使用量最大的阻燃剂之一,但是由于其在燃烧过程中释放有毒酸性气体,对环境造成污染,其应用受到了限制。因此开发低毒化、无卤化、复合化的阻燃剂已经成为未来阻燃剂发展的必然趋势。目前类水滑石作为阻燃剂的研究引起了人们的广泛关注。  类水滑石是一类层状结构无机金属化合物,其层板金属阳离子和层间阴离子具有可调变性,使其作为无机功能材料在催化、离子交换、吸附、医药、阻燃等领域都得到了广泛的应用。作为阻燃剂,类水滑石具有一定的热稳定性,对环境无污染,可以吸附酸性有毒气体等优点。本研究以类水滑石为基体,制备了类水滑石的复合型阻燃剂,并对其热性能进行了测试。主要工作如下:  (1)通过离子交换的方法,将三聚氰胺甲醛树脂处理过的多磷酸铵插入类水滑石层间,制备了核-壳结构磷氮化合物改性的类水滑石。其中核材料为多磷酸铵,壳材料为三聚氰胺甲醛树脂,外部接枝4,4'-二羧基二苯醚。红外表征(FTIR)与热重分析(TGA)表明目标产物已成功制备。以韩国进口的均聚聚丙烯为基体,添加质量分数为15%的该类水滑石阻燃剂,并进行了极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)测试。测试结果为:极限氧指数均在30以上,垂直燃烧等级均为Ⅴ-0级。该类水滑石阻燃剂有效的将膨胀型磷氮阻燃剂与无机类水滑石结合到一起,通过两者的协同效应能起到更加优异的阻燃性能,同时提高了类水滑石与高分子材料的相容性。  (2)首先,利用甲酰胺将类水滑石进行剥离。然后将酸化后的多壁碳纳米管依次与三聚氰胺,4,4'-二羧基二苯醚(DPE)共价键结合,制备出功能化碳纳米管。4,4'-二羧基二苯醚在本实验中作为一个桥连剂。将氢氧化钠处理后的功能化碳纳米管与等质量浓度的剥层类水滑石溶液混合,常温下静置三天,得到功能化碳纳米管剥层类水滑石杂交复合物。并利用X射线衍射(XRD)、红外表征(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析(TGA)对功能化碳纳米管剥层类水滑石杂交复合物进行了表征。TGA热重分析表明三维(3D)杂交复合物产生了大量的残炭。
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