论文部分内容阅读
环氧树脂由于其突出的性能而在很多领域受到广泛地应用。然而,环氧树脂极易燃烧,燃烧时释放大量的热和有毒烟气,给人们的生命和财产安全造成极大的威胁,这限制了环氧树脂的应用。因此,如何提高环氧树脂的火灾安全性成为了目前亟需解决的问题。本文结合了国内外阻燃环氧树脂复合材料的研究进展,以具有高效催化成炭与抑烟作用的金属有机骨架材料(MOFs)为基础,合成了一系列功能化MOFs,系统研究了它们对环氧树脂(EP)阻燃性能的影响,并推断出其在复合材料中的阻燃机理。采用溶剂热法分别合成了以2-甲基咪唑为有机配体的Fe-MOF、Co-MOF和Ni-MOF,并将这些过渡金属基MOFs以相同的含量分别加入到EP中,进行燃烧性能测试,结果表明Fe-MOF比Co-MOF和Ni-MOF能更好地提高EP的阻燃性能。用三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)功能化改性Fe-MOF,并用于阻燃EP。结果表明MPP-Fe-MOF能一定程度上提高EP的热稳定性;此外,仅添加1 wt%的MPP-Fe-MOF就能明显增加EP复合材料的LOI值且UL94达到V1级别,而且在相同添加量的情况下,EP/MPP-Fe-MOF的热稳定性和阻燃性能要好于EP/M-Fe-MOF和EP/Fe-MOF。EP/MPP-Fe-MOF热稳定性和阻燃性能的提高主要归因于MPP和Fe-MOF的协效阻燃作用。采用水热法合成了富含磷和氮的铁基草酸盐-磷酸-胺金属有机骨架材料(OPA-MOF),并用于阻燃EP。结果表明OPA-MOF能在凝聚相中发挥突出的催化成炭作用,提高环氧树脂在高温下的热稳定性,EP/8 OPA-MOF复合材料在700 ~oC时的残炭量高达28.5 wt%。此外,OPA-MOF能在一定程度上降低EP的PHRR和THR值,提高复合材料的阻燃性能。EP/OPA-MOF热稳定性和阻燃性能的提高是由于OPA-MOF本身较高的热稳定性和优异的催化成炭作用。该体系解决了残炭量增加不多的问题,但是阻燃剂添加量过大,会影响EP的其他性能。采用一步沉淀法用含磺酰二酚聚磷腈衍生物(PZS)对Fe-MOF进行包覆,得到一种稳定的PZS-Fe-MOF杂化阻燃剂,并添加到EP基体中得到环氧树脂复合材料。结果表明PZS-Fe-MOF能够明显增加EP在高温下的残炭量,从而改善EP在高温下的热稳定性,EP/2PZS-Fe-MOF复合材料在700 ~oC时的残炭量高达32.4 wt%。此外,PZS-Fe-MOF能明显提高EP的阻燃性能:1 wt%的添加量就能使复合材料的UL-94达到V1级别;3 wt%的添加量就能显著地降低EP的PHRR、THR、PSPR和TSP值。EP/PZS-Fe-MOF热稳定性、阻燃性能和抑烟性能的提高主要归因于PZS和Fe-MOF的协效阻燃作用。该体系既解决了添加量大的问题,而且进一步增加成炭量,明显提高环氧树脂的阻燃性能和抑烟性能。