聚氯乙烯(PVC)是世界五大通用塑料之一,具有不易燃燒、耐腐蝕、絕緣、隔離效果良好等特點,已廣泛應用于各行各業(yè)中。由于PVC在加工過程中使用的增塑劑會使其極易燃燒,產(chǎn)生大量煙霧、毒性及腐蝕性氣體,這給人們生命財產(chǎn)安全帶來威脅,因此,PVC必須進行阻燃抑煙處理。近年來,碳基材料由于具有導電性、耐熱性、耐化學藥品特性、表面與界面特性等優(yōu)點,引起了阻燃領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。本文以不同的碳材料為基體制備了活化碳球負載NiCo_2(CO_3)_(1.5)(OH)_3(ACS@BNCC)和磷酸銨鎳/還原氧化石墨烯(ANP/RGO)兩種雜化材料。之后,將ACS@BNCC和ANP/RGO作為阻燃劑應用于PVC中,研究PVC復合材料的阻燃、抑煙和力學性能,并對兩種碳基雜化材料的阻燃機理進行分析。具體研究內(nèi)容如下:第一部分:ACS@BNCC雜化材料的合成及其在PVC中的阻燃應用利用水熱和沉淀反應成功制備了ACS@BNCC雜化材料,并對其形貌、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進行了表征。表征結(jié)果可知,ACS@BNCC為核-殼型多晶結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定性良好。其中,作為核心的ACS為球形形貌,粒徑均一,直徑約為2μm,表面含有羧基,羥基和磷脂基團等官能團;作為殼的BNCC納米線均勻分散在ACS表面上,厚度約為50-100nm。將ACS@BNCC和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體([BMIM]PF_6)按照不同質(zhì)量比添加到PVC中,并通過極限氧指數(shù)(LOI)、錐形量熱(CCT)測試PVC復合材料的阻燃抑煙性能。結(jié)果表明,15%ACS@BNCC與2%離子液體(ILs)的結(jié)合使PVC復合材料的阻燃抑煙性能最佳。2%ILs-ACS@BNCC/PVC復合材料的LOI值可達到29.1%,熱釋放速率峰值(PHRR)、煙釋放速率峰值(PSPR)和總煙釋放(TSP)分別降低至純PVC的63.2%、37.8%和54.8%。通過對阻燃前后PVC復合材料的熱重-微分熱重(TG-DTG)和殘?zhí)糠治?提出了2%ILs-ACS@BNCC的阻燃機理。2%ILs-ACS@BNCC主要在凝聚相中發(fā)揮阻燃抑煙作用,集物理阻隔、催化碳化和冷卻基材等阻燃作用于一身。此外,PVC復合材料斷面的SEM結(jié)果表明,離子液體的加入提高了ACS@BNCC在PVC基體中的分散性。因此,與ACS@BNCC/PVC相比,2%ILs-ACS@BNCC/PVC的拉伸強度,斷裂伸長率和沖擊強度明顯提高,可與純PVC相媲美。第二部分:ANP/RGO雜化材料的合成及其在PVC中的阻燃應用利用一步溶劑熱反應成功制備了ANP/RGO雜化材料,并對其形貌、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進行了表征。結(jié)果表明,ANP/RGO熱穩(wěn)定性良好;RGO表面的含氧基團大部分被脫除,片狀ANP與褶皺狀RGO形成“夾層”結(jié)構(gòu)。將不同質(zhì)量份數(shù)的ANP/RGO雜化材料應用于PVC中并通過LOI和CCT測試復合材料的阻燃性能。15%ANP/RGO/PVC復合材料的LOI為27.0%,PHRR、PSPR和TSP為99.1 kW/m~2、0.15 m~2/s和21.2 m~2,分別降低至純PVC的30.1%、40.5%和50.2%,說明15%ANP/RGO是PVC的一種有效的阻燃消煙劑。通過PVC復合材料的TG-DTG測試及殘?zhí)康腟EM和拉曼分析,提出了15%ANP/RGO的阻燃機理。15%ANP/RGO兼具物理阻隔、催化炭化、吸熱和稀釋效應等,并以凝聚相阻燃機理為主。此外,通過拉伸和沖擊測試研究了阻燃劑對PVC力學性能的影響。PVC復合材料的拉伸強度,斷裂伸長率和沖擊強度數(shù)據(jù)表明,與純PVC相比,15%ANP/RGO/PVC的力學性能并未降低。
【學位單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ325.3
【部分圖文】：

河北大學碩士學位論文組成按照設計合成。從 ACS@BNCC 的選區(qū)電子衍射（圖 2-1 f）中可以看出S@BNCC 是多晶結(jié)構(gòu)。此外，應用 Mapping 圖來確認 ACS@BNCC 的元素分布。從 2-1 g-j 可以看出，BNCC 均勻分散在 ACS 的表面上，并且由于碳質(zhì)樣品臺的存在，C素的信號強度明顯高于 Co，Ni 和 O 元素的信號強度。

圖 2-2 阻燃劑的 FTIR 譜圖，BNCC，ACS@BNCC 以及 ACS@BNCC 殘?zhí)?#176;處出現(xiàn)兩個明顯的衍射峰，分別對應于無定型碳制備的 BNCC 的 XRD 衍射峰與 Co(CO3致，這是因為 Ni（No.28）在元素周期表中的位半徑差別不大，用 Ni 原子部分取代 Co 不會引 Co2+和 Ni2+通常形成堿式碳酸鹽，因此，Co(C。ACS@BNCC 的 XRD 圖譜保留了 ACS 的（002CC 的強衍射峰掩蓋，其余所有峰與 BNCC 的XR成的 ACS@BNCC 純度較高。

圖 2-2 阻燃劑的 FTIR 譜圖，BNCC，ACS@BNCC 以及 ACS@BNCC 殘?zhí)?#176;處出現(xiàn)兩個明顯的衍射峰，分別對應于無定型碳制備的 BNCC 的 XRD 衍射峰與 Co(CO3致，這是因為 Ni（No.28）在元素周期表中的位子半徑差別不大，用 Ni 原子部分取代 Co 不會引 Co2+和 Ni2+通常形成堿式碳酸鹽，因此，Co(C。ACS@BNCC 的 XRD 圖譜保留了 ACS 的（002CC 的強衍射峰掩蓋，其余所有峰與 BNCC 的XR合成的 ACS@BNCC 純度較高。

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本文編號：2809387