【摘要】：有機(jī)-無機(jī)雜化材料不僅能與聚合物基體良好相容,而且具有較高的熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可調(diào)性,常用于改善聚合物的阻燃性能和力學(xué)性能。金屬有機(jī)框架材料(MOFs)由有機(jī)配體和無機(jī)組分(金屬離子或團(tuán)簇)絡(luò)合而成,是一類有機(jī)無機(jī)雜化材料。關(guān)于MOFs及其衍生物改善聚合物熱穩(wěn)定性、阻燃性能及力學(xué)性能的研究很少。MOFs結(jié)構(gòu)是其性能表現(xiàn)的基礎(chǔ),制備出含有阻燃單元、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的MOFs(或衍生物)是制備高性能聚合物/MOFs復(fù)合材料的關(guān)鍵。因此,開發(fā)出具有上述優(yōu)點(diǎn)的MOFs(或衍生物)對改善復(fù)合材料的阻燃性能至關(guān)重要。本論文首先研究MOFs的種類及組分(有機(jī)配體和金屬單元)對聚合物燃燒行為的影響。其次,設(shè)計兩種改性方法將阻燃元素引入到MOFs的結(jié)構(gòu)中,以提高M(jìn)OFs的阻燃效率。最后以阻燃機(jī)理為指導(dǎo),制備出兩種層狀MOFs衍生物并研究其對聚合物阻燃性能的影響。取得的研究進(jìn)展如下:1.制備并研究MIL-53(Fe)和ZIF-67對聚苯乙烯(PS)熱穩(wěn)定性、阻燃性能的影響,研究了MOFs的降解過程及其氣相、凝聚相降解產(chǎn)物,分析了MOFs的結(jié)構(gòu)及其降解產(chǎn)物對聚合物性能的影響。MOFs的添加可以顯著改善聚合物復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性。MOFs的添加可顯著抑制PS燃燒產(chǎn)物中的毒性CO的釋放。初步分析了MOFs的阻燃作用機(jī)理。2.研究MOFs的成分對聚合物熱穩(wěn)定性、阻燃性能的影響,選用三種有機(jī)配體(對苯二甲酸、均苯三甲酸、2-甲基咪唑)和多種過渡金屬元素(鋁、鎘、鈷、鋅、鐵、銅)制備出十種MOFs,并將其添加到聚合物中(環(huán)氧樹脂和聚苯乙烯)。MOFs的添加可顯著改善復(fù)合材料的阻燃性能。對比分析各種聚合物/MOFs復(fù)合材料的燃燒行為可以發(fā)現(xiàn),相對于有機(jī)配體,MOFs中金屬部分在改善聚合物阻燃性能方面起決定性作用,其中,鈷基MOFs相對于其他過渡金屬基MOFs表現(xiàn)出較為優(yōu)異的阻燃性能。3.制備出具有三維納米結(jié)構(gòu)的鎳基MOF/氧化石墨(GOF)材料,并研究其對聚合物阻燃性能及煙氣釋放行為的影響。與PS相比,GOF明顯降低復(fù)合材料的PHRR和總熱釋放(THR)值(分別降低33%和16.7%),表明GOF的添加顯著改善了PS的阻燃性。同時GOF可顯著抑制聚合物燃燒過程中CO的釋放,PS/GOF的總CO釋放量與PS相比減少超過50%。GO與Ni-MOF在改善PS火安全性能上存在協(xié)同效應(yīng)。該工作為設(shè)計高效的MOFs基阻燃劑提供了可行的方案。4.研究含阻燃元素MOFs對聚合物阻燃性能的影響,制備了含磷Co-MOF(P-MOF)和DOPO接枝改性的Co-MOF(DOPO@Co-MOF)。P-MOF是由含磷配體制備,DOPO@Co-MOF通過DOPO后處理含席夫堿結(jié)構(gòu)的Co-MOF制備。兩種含阻燃元素的MOFs都可顯著改善聚合物的熱穩(wěn)定性、阻燃性及其力學(xué)性能。分子設(shè)計是獲得高性能MOFs的有效方法,將阻燃元素引入到MOFs結(jié)構(gòu)中,既保存了MOFs與聚合物基體的相容性,又顯著提高M(jìn)OFs作為阻燃劑的效率。5.制備出兩種二維MOFs衍生物:層狀Co-Ni雙氫氧化物(Co-Ni LDHs)和氮化碳(C2N)納米片,并將其添加到聚合物基體中,研究MOFs的二維衍生物對聚合物的熱穩(wěn)定性、阻燃性能及力學(xué)性能的影響。利用MOFs為Co源制備的Co-Ni LDHs具有多孔結(jié)構(gòu);MOFs作為碳源制備的C2N,不僅制備速度快,而且與PLA具有很好的相容性。結(jié)果表明,這兩類二維納米材料都具有很高的阻燃效率。Co-Ni LDHs還具有很好的抑煙減毒效果,C2N則改善聚合物阻燃性能的同時提升了PLA的強(qiáng)度和韌性。
【圖文】：

邐第一章緒論邐逡逑多、結(jié)構(gòu)可調(diào)，將ＭＯＦｓ作為填料應(yīng)用在聚合物中就要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計。逡逑發(fā)展聚合物／ＭＯＦｓ復(fù)合材料最主要的是要實(shí)現(xiàn)對ＭＯＦｓ結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，包括逡逑有機(jī)配體的設(shè)計、金屬團(tuán)簇的選擇以及ＭＯＦｓ結(jié)構(gòu)的設(shè)計。因此，首先應(yīng)研宄不逡逑同結(jié)構(gòu)類型的ＭＯＦｓ作為填料對聚合物性能的影響，探索出簡單、高效設(shè)計ＭＯＦｓ逡逑結(jié)構(gòu)的方法，系統(tǒng)性地研宄ＭＯＦｓ對聚合物熱穩(wěn)定性、阻燃性能和機(jī)械性能的影逡逑響�？梢灶A(yù)見的是，本研宄將會拓展ＭＯＦｓ作為填料在聚合物中的應(yīng)用，為關(guān)于逡逑ＭＯＦｓ改善聚合物性能的研宄提供理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。逡逑１．２邋ＭＯＦｓ的基本結(jié)構(gòu)與制備方法逡逑

Ｈ２ＢＤＣ邐Ｆｅｊ0４／ＭＩＬ－１０ｌ（Ｆｅ）逡逑圖１．３Ｆｅ３0４／ＭＩＬ－１０１復(fù)合材料的制備原理圖［４６］逡逑溶液法是指金屬鹽與配體在指定溶劑（有機(jī)溶劑、水或混合溶劑）中進(jìn)行反逡逑應(yīng)生成ＭＯＦｓ。ＭＯＦｓ難溶于溶劑，，所以生成以后會很快形成沉淀，方便回收。逡逑根據(jù)反應(yīng)溫度的高低，溶液法又可分為普通溶液法和溶劑熱法［４７，邋４８］。普通溶逡逑劑法的特點(diǎn)是反應(yīng)溫度較低（通常低于１００邋°Ｃ），金屬鹽與有機(jī)配體靜置在開放逡逑環(huán)境中反應(yīng)制備ＭＯＦｓ［４９］。普通溶液法的優(yōu)勢在于可以大量合成ＭＯＦｓ粉末，逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張勁;彭天英;賀國文;;《聚合物復(fù)合材料》課程教學(xué)改革初探[J];廣州化工;2019年11期

2 曾尤;王函;成會明;;石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展及其應(yīng)用前景[J];新型炭材料;2016年06期

3 胡林華;彭志華;謝衛(wèi)平;張亞楠;;碳納米管/聚合物復(fù)合材料的介電與儲能特性研究[J];西南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2017年01期

4 ;全球高級聚合物復(fù)合材料市值或達(dá)121.2億美元[J];功能材料信息;2016年03期

5 ;全球高級聚合物復(fù)合材料市值或達(dá)121.2億美元[J];功能材料信息;2016年04期

6 王龍飛;姜開宇;楊磊;;單聚合物復(fù)合材料模內(nèi)自增強(qiáng)成型方法[J];模具制造;2016年05期

7 尚玉棟;李鐵虎;朱新偉;李昊;黨阿磊;陳旭東;張穎;熊傳銀;趙廷凱;;石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備與研究進(jìn)展[J];炭素技術(shù);2016年02期

8 ;全球高級聚合物復(fù)合材料市值或達(dá)121.2億美元[J];化學(xué)工程師;2016年10期

9 馮彬;趙春曉;劉立起;俞鳴明;任慕蘇;孫晉良;賈良山;朱晉生;歐峰;;單聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展[J];高科技纖維與應(yīng)用;2015年02期

10 韓志東;許達(dá);;導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J];哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報;2011年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王建;王遂;陳東杰;;聚乙烯單聚合物復(fù)合材料的嵌件式注射成型[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題K 高分子加工[C];2015年

2 劉明賢;彭琦;何瑞;楊景;趙偉;羅丙紅;周長忍;;甲殼素納米晶/聚合物復(fù)合材料的制備及性能研究[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題L 高分子復(fù)合體系[C];2015年

3 張力;岳振星;李龍土;;微波天線應(yīng)用的溫度穩(wěn)定型陶瓷聚合物復(fù)合材料[A];第二屆海峽兩岸功能材料科技與產(chǎn)業(yè)峰會（2015）摘要集[C];2015年

4 英哲;杜金紅;赫秀娟;童昕;成會明;;納米碳管/聚合物復(fù)合材料的制備與性能[A];全面建設(shè)小康社會：中國科技工作者的歷史責(zé)任——中國科協(xié)2003年學(xué)術(shù)年會論文集（下）[C];2003年

5 徐諾心;王倩倩;蔣永昶;楊輝;張啟龍;;花狀TiO_2的制備及其在聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用[A];第十九屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2016年

6 白鑫;翟瀅皓;邢妍;張勇;;石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

7 白松浩;;增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的摩擦學(xué)研究進(jìn)展[A];第二屆全國工業(yè)摩擦學(xué)大會暨第七屆全國青年摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議會議論文集[C];2004年

8 白松浩;;增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的摩擦學(xué)研究進(jìn)展[A];第二屆全國工業(yè)摩擦學(xué)大會暨第七屆全國青年摩擦學(xué)學(xué)術(shù)會議會議論文集[C];2004年

9 王崇林;袁才登;王勇強(qiáng);李瑩;董霞;;輻射改性三維編織增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的研究[A];天津市核學(xué)會2005年學(xué)術(shù)交流會論文匯編[C];2005年

10 王美榮;賈德昌;何培剛;周玉;;漂珠尺寸對35vol.%漂珠/鋁硅酸鹽聚合物復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)與性能的影響[A];第十六屆全國高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 韋堯 整理;天生“新材”必有用[N];中國建材報;2017年

2 王秀蘭;瓦克皮革聚合物復(fù)合材料獲獎[N];中國化工報;2011年

3 北京理工大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院 王建;輕質(zhì)、易回收的復(fù)合材料[N];中國社會科學(xué)報;2013年

4 毛占海;澳大利亞開發(fā)高性能復(fù)合材料制造新工藝[N];中國建材報;2005年

5 常麗君;新型低成本“電氈”可利用體熱給iPod充電[N];科技日報;2012年

6 特派記者 田時勝;雙方就全方位校市合作達(dá)成戰(zhàn)略合作共識[N];欽州日報;2010年

7 記者 李琦琨;科技支撐引領(lǐng)貴州經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展[N];經(jīng)濟(jì)信息時報;2010年

8 本報記者 張益;科技支撐引領(lǐng)貴州經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展[N];貴州日報;2010年

9 葉工;FRP等材料的機(jī)敏修復(fù)技術(shù)[N];中國建材報;2003年

10 特約記者 張傳曉;無機(jī)納米復(fù)合材料技術(shù)獲創(chuàng)新成果[N];中國化工報;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 侯雁北;過渡金屬—有機(jī)框架材料設(shè)計及其阻燃聚合物復(fù)合材料的性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

2 楊大勇;石墨/聚合物復(fù)合材料正交切削機(jī)理及表面粗糙度預(yù)測[D];華南理工大學(xué);2018年

3 毛倩超;注塑制備聚丙烯和聚乙烯單聚合物復(fù)合材料[D];北京理工大學(xué);2015年

4 文風(fēng);金屬/聚合物復(fù)合材料的腐蝕行為和金屬離子擴(kuò)散動力學(xué)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

5 鄭春明;多孔無機(jī)/聚合物復(fù)合材料的制備，表征及在制糖工業(yè)的中試應(yīng)用[D];南開大學(xué);2009年

6 王志峰;碳納米管/聚合物復(fù)合材料力敏特性及柔性傳感器研究[D];清華大學(xué);2013年

7 倪名立;結(jié)構(gòu)有序聚合物復(fù)合材料的激光全息加工、結(jié)構(gòu)與性能[D];華中科技大學(xué);2017年

8 吳超;聚合物基石墨烯復(fù)合材料的可控制備與性能研究[D];上海交通大學(xué);2014年

9 李金輝;自修復(fù)聚合物復(fù)合材料的設(shè)計、制備及應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院);2017年

10 江青松;纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料注塑成型理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];南昌大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 金硼;多級孔金屬有機(jī)框架/聚合物復(fù)合材料的制備和催化性能研究[D];湖南大學(xué);2018年

2 張雪;反鐵電陶瓷/聚合物復(fù)合材料介電可調(diào)性能的研究[D];華中科技大學(xué);2017年

3 朱首驥;石墨和六方氮化硼的剝離、改性及其在聚合物復(fù)合材料中的導(dǎo)熱性能研究[D];廈門大學(xué);2017年

4 柯譽(yù)滿;聚乙二醇/地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備與性能研究[D];廣西大學(xué);2018年

5 王龍飛;成型參數(shù)對模內(nèi)自增強(qiáng)共注成型單聚合物復(fù)合材料性能的影響研究[D];大連理工大學(xué);2016年

6 謝凝鈺;碳納米管/聚合物復(fù)合材料導(dǎo)電特性的研究[D];南華大學(xué);2016年

7 余聲平;鈣磷灰石/聚合物復(fù)合材料的仿生制備與表征[D];安徽大學(xué);2017年

8 王遂;聚乙烯單聚合物復(fù)合材料的注射成型工藝研究[D];北京理工大學(xué);2015年

9 楊磊;單聚合物復(fù)合材料模內(nèi)自增強(qiáng)成型特性的研究[D];大連理工大學(xué);2016年

10 謝歲歲;具有生物活性的功能梯度多孔地質(zhì)聚合物復(fù)合材料的制備[D];武漢工程大學(xué);2016年

本文編號：2672466