过渡金属阻燃剂制备及其在聚脲涂层中的应用

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聚脲(PUA)是由异氰酸酯组分和氨基化合物组分反应生成的弹性体材料。PUA具有优异的理化性能,在国防军工项目、桥梁混凝土防护、和建筑物防水中得到了广泛应用。但是PUA属于易燃材料,燃烧过程中会释放烟雾及有毒气体,威胁人类的生命安全,且在燃烧过程中会产生融滴,导致火焰扩散。过渡金属由于良好的催化功能受到关注,向PUA中加入过渡金属类的阻燃剂,一方面可以催化氧化燃烧过程中释放的CO,减少了PUA产生的有毒气体;另一方面催化PUA成炭来减少烟雾的释放及融滴的产生,从而提高PUA材料的阻燃性能。本文制备了不同的过渡金属纳米杂化材料,探究其对PUA阻燃性能的影响,具体研究内容如下:(1)通过水热法和缩聚法制备了ZnO@MOF@PZS阻燃剂,来提高PUA材料的阻燃性能。首先通过水热法制备了ZnO纳米花,ZnO不仅充当MOF@PZS生长的支架,还提供MOF形成的Zn源,通过缩聚法在MOF外面包覆PZS。通过SEM、XRD、XPS和FTIR对复合材料形貌和结构进行表征。通过TGA表征阻燃剂和复合材料的热稳定性能。通过锥形量热仪和万能拉力试验机对材料阻燃和力学性能进行表征。锥形量热仪测试(CCT)表明,ZnO@MOF@PZS显着提高了PUA复合材料的阻燃性。添加了3%ZnO@MOF@PZS的PUA热释放率峰值(PHRR)、总放热(THR)、总CO产量(TCO)和烟因子(SF)分别下降28.30%、19.61%,36.65%和33.28%。通过SEM和XPS对阻燃机理进行探究。力学性能测试结果表明ZnO@MOF@PZS/PUA具有更好的力学性能。(2)以沸石咪唑酯骨架钴基纳米材料(ZIF-67)作为模板制备了一维中空钴镍层状双氢氧化物纳米笼,该纳米笼在具有均匀分散的Ni Mo O4纳米棒上组装,制备了Ni Mo O4@Co-Ni LDH,同时用γ-氨丙基三乙氧基硅烷硅烷偶联剂进行表面改性,并将其加入到PUA材料中研究其阻燃性能。通过SEM、XRD、XPS和FTIR来对复合材料进行形貌和结构表征分析。TGA结果表明,Ni Mo O4@Co-Ni LDH的加入略微降低了初始降解和最大降解温度。随着Ni Mo O4@Co-Ni LDH负载量的增加,焦炭残留量增加。CCT结果表明,添加量为3.0%Ni Mo O4@Co-Ni LDH的PUA的PHRR、THR、TCO和SF分别较纯PUA下降了34.41%、12.68%、43.69%和48.65%。力学性能测试结果表明Ni Mo O4@Co-Ni LDH/PUA具有更好的力学性能。均匀分散的Ni Mo O4@Co-Ni LDH不仅增强了PUA基体的力学性能,而且提高了PUA的阻燃性能。(3)通过水热法和共沉淀法制备了ZnFe2O4@Mg-Al-SDBS LDH(ZF@MASL)了ZnFe2O4纳米粒子,通过共沉淀法,制备出淤泥状的ZnFe2O4@Mg-Al LDH,并用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对其进行插层改性。通过SEM、XRD、XPS和FTIR来对复合材料形貌和结构进行表征。并通过TGA表征阻燃剂和复合材料的热稳定性能。通过CCT和万能拉力试验机对材料阻燃和力学性能进行表征。CCT结果表明,PHRR、THR和SF分别较纯PUA下降了20.13%、17.64%和28.42%。力学性能测试结果表明ZnO@MOF@PZS/PUA具有更好的力学性能。
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