【摘要】：環(huán)氧樹脂(EP)具有耐腐蝕、粘結(jié)性優(yōu)異、電絕緣性能好和良好的加工性能等優(yōu)點(diǎn),因此在絕緣涂料、澆筑材料、電子電器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但EP易燃燒,且失火后會持續(xù)燃燒且發(fā)煙量巨大,大大限制了EP在軍事、航空、航天等特殊領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。目前,大多數(shù)阻燃劑很難做到在添加少量的情況下(5%)能夠顯著提高EP基材的阻燃性能,并且同時(shí)不損害EP的力學(xué)性能。因此,開發(fā)新型廉價(jià)無毒環(huán)保型阻燃EP成為重要研究方向。為此,本文旨在將金屬復(fù)鹽固有的阻燃消煙和催化成炭作用與環(huán)交聯(lián)聚磷腈通過雜化復(fù)配有機(jī)結(jié)合起來,以達(dá)到進(jìn)一步降低熱釋放速率,協(xié)同提高阻燃性能的效果。為了開發(fā)新型有機(jī)-無機(jī)雜化阻燃消煙劑,本論文選用錫酸鈉與硝酸鍶為原料,采用一步均相沉淀法室溫下快速合成了納米棒狀羥基錫酸鍶(SrSn(OH)_6),并用環(huán)交聯(lián)聚磷腈(PZS)對其進(jìn)行包覆,得到一種核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化納米阻燃劑(PZS@SrSn(OH)_6)。通過掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、接觸角測定儀(CA)、X射線衍射(XRD)和紅外光譜(FTIR)研究了PZS@SrSn(OH)_6的微觀形貌和化學(xué)結(jié)構(gòu),表明已成功制備粒徑均一的SrSn(OH)_6和具有核殼結(jié)構(gòu)的PZS@SrSn(OH)_6納米棒,且PZS@SrSn(OH)_6呈現(xiàn)出更好的疏水性能。熱重分析(TGA)研究了SrSn(OH)_6及PZS@SrSn(OH)_6納米棒的熱降解行為,數(shù)據(jù)結(jié)果表明,SrSn(OH)_6納米棒在217℃時(shí)開始失水,最終失重率為19.6%。PZS@SrSn(OH)_6第一階段對應(yīng)的最大熱降解速率相比于SrSn(OH)_6的最大熱降解速率降低了約41.3%。兩者通過核殼結(jié)構(gòu)的組合,熱降解速率有所減小,具有優(yōu)良的成炭性能。將合成的SrSn(OH)_6和PZS@SrSn(OH)_6納米棒對EP進(jìn)行阻燃改性,通過熱重分析研究EP材料的熱穩(wěn)定性能;極限氧指數(shù)(LOI)和錐形量熱分析(Cone)來探究EP復(fù)合材料的阻燃性能。TG結(jié)果表明加入SrSn(OH)_6和PZS@SrSn(OH)_6的EP均呈現(xiàn)一步降解過程,與純EP區(qū)別不大。加入3 wt%的SrSn(OH)_6和PZS@SrSn(OH)_6時(shí),殘?zhí)柯?800℃)由純EP的13.1%分別提高至16.5%和17.0%,分別高于理論值15.0%和14.7%。在EP中加入的SrSn(OH)_6和PZS@SrSn(OH)_6納米棒展現(xiàn)出了高阻燃效率和抑煙效果,且PZS與SrSn(OH)_6之間存在顯著的協(xié)同阻燃效應(yīng)。LOI結(jié)果顯示,加入3 wt%的SrSn(OH)_6和PZS@SrSn(OH)_6,LOI值從26.2%分別增加到28.4%和29.6%。Cone結(jié)果表明殘?zhí)苛刻岣吡?37.0%,熱釋放速率峰值(PHRR)、總熱釋放量(THR)、總煙釋放量(TSP)和一氧化碳產(chǎn)生速率(COP)分別降低了29.0%、11.1%、22.9%和38.5%。用XRD、SEM、FTIR及X射線能譜分析(EDS)研究錐形量熱燃燒后產(chǎn)物,對PZS@SrSn(OH)_6/EP復(fù)合材料的阻燃機(jī)理進(jìn)行分析。PZS@SrSn(OH)_6在EP中高溫下釋放不可燃性氣體,稀釋可燃?xì)怏w濃度,形成致密結(jié)構(gòu)炭層,隔絕分解產(chǎn)物及熱量和氧氣交換,達(dá)到氣相和凝聚相阻燃,從而顯著提高EP的阻燃抑煙效果。PZS@SrSn(OH)_6阻燃劑的合成為新型有機(jī)-無機(jī)雜化阻燃劑的開發(fā)和研究提供了新的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1;TQ323.5
【圖文】：

有機(jī)-無機(jī)雜化高分子。近年來，磷腈化合物正受到人們的重視，一方面是由于協(xié)同作用使磷腈衍生物具有良好的耐熱性能和阻燃性能[55,56]。磷腈聚合物的熱降熱過程，降解生成的磷酸鹽、偏磷酸鹽和多聚磷酸鹽在聚合物表面形成非揮發(fā)性膜以隔絕空氣，釋放不可燃?xì)怏w CO2、NH3和 N2可稀釋氧氣和可燃性氣體，從協(xié)同阻燃的效果。另一方面，磷腈上的氯原子可以被不同的功能基團(tuán)所取代，因很方便對磷腈進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，以得到含不同官能團(tuán)的化合物[57]。由于聚磷腈兼具有機(jī)和無機(jī)材料的特性，因此在許多特殊性能方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于分子，例如耐低溫、耐高溫、耐溶劑、具有優(yōu)異的生物相容性及生物可降解性等前為止，聚磷腈已成為迄今為止發(fā)展最快的有機(jī)-無機(jī)雜化高分子材料之一。早期的聚磷腈主要是一大類具有磷、氮單雙建交替連接的線型主鏈以及有機(jī)取的長鏈聚合物，隨后人們又相繼開發(fā)出一系列基于六氯環(huán)三磷腈（HCCP）（圖 環(huán)狀磷腈小分子的有機(jī)-無機(jī)雜化聚合物，使聚磷腈材料家族不斷發(fā)展壯大。

2.3 結(jié)果與討論2.3.1 SrSn(OH)6納米棒合成工藝條件探索2.3.1.1 反應(yīng)原料圖 2-2 為反應(yīng)物濃度 0.1 M，錫源滴加鍶源，反應(yīng)時(shí)間為 5 min 時(shí)，反應(yīng)原料的改變對 SrSn(OH)6形貌的影響。由圖 2-2 可以看出，不同的原料制備的 SrSn(OH)6形貌差別很大，其中采用 SrCl2為鍶源時(shí)，其與 SnCl4及 Na2SnO3進(jìn)行反應(yīng)得到的產(chǎn)物均團(tuán)聚明顯，SrSn(OH)6形貌以眾多纖維團(tuán)聚成簇狀為主，而將鍶源更換為 Sr(NO3)2進(jìn)而與Na2SnO3進(jìn)行反應(yīng)，得到的 SrSn(OH)6均以纖維狀存在，且沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，SrSn(OH)6粒徑均一。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鍶源和錫源的選擇對 SrSn(OH)6的合成和形貌影響顯著。為得到分散性好的納米棒狀 SrSn(OH)6，本實(shí)驗(yàn)中選用 Sr(NO3)2和 Na2SnO3作為原料制備 SrSn(OH)6更為合適。

不同反應(yīng)物濃度制備SrSn(OH)

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本文編號：2775059