【摘要】：環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy resin,EP)作為一種重要的高分子材料,因其具有良好的物理機(jī)械性能、簡(jiǎn)單的生產(chǎn)工藝、低廉的價(jià)格而被廣泛應(yīng)用。盡管有這么多的優(yōu)點(diǎn),然而其易燃的特點(diǎn)極大地限制了它的應(yīng)用。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)聚合物/二維超薄化合物納米復(fù)合阻燃體系和過(guò)渡金屬阻燃作用進(jìn)行了綜述,結(jié)合本課題組的研究工作,認(rèn)為將二維超薄過(guò)渡金屬化合物的納米尺寸效應(yīng)、過(guò)渡金屬的催化成炭作用以及含磷化合物的阻燃作用相結(jié)合有望成為聚合物材料的新型阻燃技術(shù)�；诖�,本文設(shè)計(jì)并合成了二維超薄過(guò)渡金屬化合物磷酸鈷鎳(NiCoPO_3)、氫氧化鈷(Co(OH)_2),并用不同的方法對(duì)其進(jìn)行改性;為了進(jìn)一步增強(qiáng)阻燃效果,本文采用簡(jiǎn)單的溶劑熱法合成了含有Co和P元素的二維超薄過(guò)渡金屬化合物焦磷酸鈷鉀(CPP),研究它們對(duì)EP熱穩(wěn)定性、阻燃性及抑煙性能的影響,并探討其阻燃機(jī)制。本文首先以乙酸鈷、乙酸鎳及焦磷酸鈉為原料通過(guò)水熱法合成二維超薄過(guò)渡金屬化合物磷酸鈷鎳(NiCoPO_3),并用氧化石墨烯(GO)對(duì)其表面進(jìn)行改性,通過(guò)XRD、TGA和FTIR測(cè)試,確定了其化學(xué)結(jié)構(gòu),用于阻燃EP。結(jié)果表明,高溫下GO-NiCoPO_3能促進(jìn)成炭,提高復(fù)合材料熱穩(wěn)定性;復(fù)合材料LOI也得到提高,UL-94通過(guò)V-1級(jí)別,MCC測(cè)試結(jié)果表明8 wt%GO-NiCoPO_3的加入可以使復(fù)合材料THR降低41.9%,阻燃性能得到改善;這不僅歸因于二維超薄化合物的片層阻隔作用,還由于過(guò)渡金屬Co、Ni與P元素能夠互相促進(jìn)EP成炭,且GO含有大量C結(jié)構(gòu),在燃燒過(guò)程中豐富炭層含量,促使聚合物表面形成碳質(zhì)炭結(jié)構(gòu)炭層,增強(qiáng)炭層穩(wěn)定性,從而隔熱隔氧,抑制聚合物燃燒。為了進(jìn)一步提高阻燃性能,本章以硝酸鈷、氯化鈉和六次甲基四胺為原料采用冷凝回流的方法設(shè)計(jì)合成二維超薄過(guò)渡金屬化合物氫氧化鈷(Co(OH)_2),使用含磷阻燃劑聚磷酸鈉(Na_5P_3O_(10))對(duì)其表面進(jìn)行改性,XRD、SEM、TEM及T GA測(cè)試結(jié)果表明合成出純的Co(OH)_2和Na_5P_3O_(10)-Co(OH)_2,用于阻燃EP。結(jié)果表明聚合物在高溫下的熱穩(wěn)定性得到提高,成炭量明顯增加;復(fù)合材料UL-94通過(guò)V-1級(jí)別,LOI得到提高,阻燃性能得到改善;CCT結(jié)果表明抑煙效果較為顯著,EP/8 Na_5P_3O_(10)-Co(OH)_2納米復(fù)合材料在燃燒過(guò)程中的煙氣釋放量相比于純EP降低了51.5%;這對(duì)于火災(zāi)中人員的逃生非常有利。一方面是由于二維超薄化合物的片層阻隔效應(yīng),隔絕外界與聚合物基底之間進(jìn)行熱量和氧氣交換;另一方面是由于Co(OH)_2在受熱分解時(shí)釋放大量的水蒸氣稀釋空氣中的可燃?xì)怏w,同時(shí)生成具有催化抑煙作用的Co_3O_4,與含磷阻燃劑Na_5P_3O_(10)互相促進(jìn)成炭覆蓋在聚合物表面,抑制聚合物進(jìn)一步分解,減少熱量和煙氣釋放,延緩火災(zāi)發(fā)生。為進(jìn)一步提高其阻燃性能,簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程,本章通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法設(shè)計(jì)合成同時(shí)含有Co和P元素的二維超薄過(guò)渡金屬化合物焦磷酸鈷鉀(CPP),通過(guò)XRD、TGA測(cè)試結(jié)果確定了其化學(xué)結(jié)構(gòu),SEM和TEM測(cè)試結(jié)果表明其具有典型的超薄層狀形貌。采用原位聚合法將其分散于EP基體中,對(duì)納米復(fù)合材料進(jìn)行了一系列的測(cè)試。TGA結(jié)果表明,700 ~oC下EP/8 CPP納米復(fù)合材料的殘?zhí)苛扛哌_(dá)30.5 wt%,說(shuō)明CPP具有非常優(yōu)異的凝聚相催化成炭效果;EP/10 CPP納米復(fù)合材料的LOI值可顯著提高到35.9%,相比于純的EP提高了10.1%,并且6 wt%的添加量就可使得EP達(dá)到UL-94 V-1級(jí)別,CCT測(cè)試結(jié)果表明納米復(fù)合材料的熱釋放速率(HRR)、總熱釋放量(THR)、生煙速率(SPR)及總煙氣釋放量(TSP)均顯著降低。這可能是由于CPP受熱分解釋放出大量的水蒸氣稀釋空氣中的可燃?xì)怏w和氧氣濃度,同時(shí)分解出PO·自由基,能夠與空氣中燃燒的H·和HO·自由基結(jié)合,中斷鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng);此外,CPP具有優(yōu)異的催化炭化性能,能夠促進(jìn)聚合物成炭,且分解時(shí)產(chǎn)生Co的氧化物和P-C結(jié)構(gòu)留在炭渣里,提高炭層含量,延緩氧氣和熱量的擴(kuò)散,減少煙氣釋放,提高火災(zāi)安全性。這對(duì)于保護(hù)人的生命財(cái)產(chǎn)安全和減少環(huán)境污染都將會(huì)非常有意義。
【圖文】：

來(lái)引發(fā)一系列的反應(yīng)，是應(yīng)用較多的一類聚合物高分子材料。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可將其分為五類[5]：（1）縮水甘油胺類環(huán)氧樹(shù)脂：熱穩(wěn)定性高，，交聯(lián)性好。（2）縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂：最為典型的是雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂。（3）縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂：工藝性好、附著力強(qiáng)。（4）線型脂肪族類環(huán)氧樹(shù)脂：此種樹(shù)脂通過(guò)環(huán)氧基與脂肪鏈連接在一起。（5）脂環(huán)族類環(huán)氧樹(shù)脂：此類樹(shù)脂的合成主要是由于脂環(huán)族烯烴上的雙鍵經(jīng)過(guò)環(huán)氧化反應(yīng)。1.2.3 環(huán)氧樹(shù)脂的性質(zhì)EP 種類繁多，性能各異，其中雙酚 A 型環(huán)氧樹(shù)脂在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用最多，主要是因?yàn)榇祟悩?shù)脂合成時(shí)的原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉且可實(shí)用性強(qiáng)。圖 1.1 所示為其結(jié)構(gòu)：

合物納米復(fù)合材料研究進(jìn)促使納米復(fù)合材料作為一種新型具備優(yōu)異的電性能和催化性能。自 2004 年英國(guó)科學(xué)家 Novose獲得石墨烯后，人們的研究興趣便石墨烯具有更優(yōu)異的機(jī)械和電性材料在各行各業(yè)的應(yīng)用。由于二維生腐蝕性氣體等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛材料，能有效提高聚合物的阻燃構(gòu)物質(zhì)有如圖 1.2 所示的六方氮)等，此外層狀氫氧化物、層狀金作者的研究興趣[59-70]。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ323.5

【參考文獻(xiàn)】

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6 盧q

本文編號(hào)：2682771