论文部分内容阅读
聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)等聚合物具有易加工，耐化学药品等优良特性，广泛应用于家电建筑和汽车等领域，然而这些聚合物极易燃烧，使其应用领域受到很大限制。本论文对清洁高效阻燃技术及复合材料阻燃性能测试方法进行了综述，结合国内外阻燃研究进展和本课题组有关工作的基础，认为纳米复合与过渡金属元素的催化成炭相结合有望发展成为聚合物材料的新型阻燃技术。基于此，采用水热法设计合成具有层状结构和过渡金属铁离子且组分可调的新型铁基蒙脱土，并与无卤阻燃剂协效用于制备阻燃PP/IFR/Fe-OMT、HIPS/ATH/Fe-OMT等纳米复合材料，研究了铁基蒙脱土与膨胀型阻燃剂和氢氧化铝协效阻燃聚合物体系的结构、燃烧性能，并对其机理进行了推导。主要工作如下: (1)采用水热法制备出新型铁蒙脱土，采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)等对铁蒙脱土(Fe-MMT)的结构进行表征，表明形成了Fe-MMT的片层晶体结构;用十六烷基三甲基溴化铵对其进行有机改性得到有机改性铁蒙脱土(Fe-OMT)，有机改性剂使蒙脱土层间距增大;并通过热重分析(TGA)对Fe-MMT和Fe-OMT的热解和稳定性进行了研究。 (2)采用熔融共混法制备了PP/IFR/Fe-OMT纳米复合材料。采用XRD、FT-IR、TEM对聚合物复合材料的结构进行了表征，结果表明得到的聚合物复合材料为层离或插层结构;采用氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL94)、烟密度仪、锥形量热仪等研究聚合物复合材料的燃烧性能，结果显示Fe-OMT能促进聚合物催化分解成炭，显著提高聚合物的LOI和阻燃级别，降低烟密度和热释放速率峰值;Fe-OMT在阻燃体系中的协效作用能使IFR的用量大幅度减少，并能够保持材料良好的阻燃级别。 (3)采用熔融共混法制备了插层型的HIPS/ATH/Fe-OMT纳米复合材料。通过与HIPS/ATH、HIPS/ATH/Na-OMT和HIPS/ATH/Fe2O3等复合材料在燃烧性能方面的对比发现，Fe-OMT在HIPS/ATH阻燃体系中具有良好的协效作用，不仅提高了材料的热稳定性、氧指数和阻燃级别，还减少了HIPS在燃烧过程中熔融滴落现象。阻燃机理研究表明，Fe-OMT片层优异的分散性和阻隔作用，结合Fe3+的催化成炭和自由基捕获作用;使燃烧过程中复合材料的成炭量增加、炭层强度增大。因此，HIPS/ATH/Fe-OMT纳米复合材料具有优异的阻燃性能。