有机改性Mg/Al-LDH阻燃剂的制备及在热塑性聚合物中的性能研究

作     者：孟德海 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朋兴平;吴秋荣

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：镁/铝双金属氢氧化物 磷杂菲 植酸 有机-无机阻燃剂 阻燃性 热稳定性 

摘      要：聚合物材料已广泛应用于农业、建筑、汽车、电子电器、包装、航空航天以及国防军工等领域。然而,这些材料在遇火或过热后会迅速燃烧起来,可能会引发严重的火灾,这就极大的限制了聚合物材料的应用。目前,对聚合物阻燃研究已经取得了很大的进展。但是,无机阻燃的研究仍然是一个很大的挑战。本论文主要针对环保型无机阻燃剂与聚合物相容性差、阻燃效率低等关键问题,通过围绕有机磷系阻燃剂改性无机阻燃剂的制备以及其在热塑性聚合物中复合性能展开了研究。本论文中以磷杂菲(DOPO)或植酸(PA)为有机小分子改性剂对偶联剂处理过的无机阻燃剂(Mg/Al-LDH)进行改性,一方面,希望能够改善无机阻燃剂与聚合物中的相容性,另一方面,促使有机、无机阻燃剂在聚合物中起到协同阻燃的效果。经XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM和EDX等表征手段对复合阻燃剂进行表征分析,结果证明成功制备了两种不同形貌的有机-无机新型复合阻燃剂,并将其以不同比例引入到热塑性树脂(PMMA和PVA)中,研究复合材料的多方面性能,并得出以下主要结论:(1)在复合材料阻燃性能方面,DOPO-Mg/Al-LDH/PMMA和PA-Mg/AlLDH/PVA复合材料的一系列阻燃性能均得到了很大的改善,如20%DOPOMg/Al-LDH/PMMA复合材料的pHRR值降低了54.4%,20%PA-Mg/Al-LDH/PVA复合材料中pHRR值降低了73%。此外,复合材料还具有突出的抗燃滴性能。这一现象主要归因于无机阻燃剂凝聚相、气相阻燃作用以及磷系阻燃剂对聚合物的催化成炭作用降低了复合材料的燃烧。(2)在复合材料的热稳定性方面,DOPO-Mg/Al-LDH/PMMA和PA-Mg/AlLDH/PVA复合材料在空气中燃烧后残留焦炭含量明显增加,分别增加到了13%和18.3%。PA-Mg/Al-LDH/PVA复合材料则具有更好的热稳定性,在热失重为15%时,PA-Mg/Al-LDH/PVA复合材料对应的温度提高将近100℃。这主要是因为复合阻燃剂外层植酸的P-OH在加热过程中与PVA的羟基发生反应,生成更稳定的化合键,进一步提高了复合材料的热稳定性。(3)DOPO-Mg/Al-LDH/PMA复合材料还具有出色的紫外线屏蔽性,能够屏蔽掉95%以上的紫外光。这一现象的出现可能是DOPO中的苯环对紫外光的吸收引起的。此外,复合材料的力学性能下降幅度较小,原因是复合阻燃剂的有机成分改善了无机阻燃剂的疏水性,使得无机阻燃剂最大化地均匀分散到聚合物中,从而降低了复合材料因应力集中而出现机械性能突然失效的风险。