聚合物基層狀雙氫氧化物和氫氧化鎂納米復合材料的研究.pdf

1、隨著環境保護和火災安全意識的不斷增強，金屬氫氧化物(MH)作為聚合物無鹵無磷消煙型阻燃劑正受到越來越多的重視。但由于MH的阻燃效率低，在聚合物阻燃材料中的填充量大，致使材料的力學性能變差，嚴重影響了其應用。在結構和成分上非常類似于金屬氫氧化物的層狀雙氫氧化物(LDH)是最近發展起來的令人關注的新一類聚合物無鹵無磷消煙型多功能無機阻燃劑。本論文應用層狀雙氫氧化物和納米氫氧化鎂制備了聚合物/無機納米復合材料，研究發現這類納米復合材料具有良好

2、的熱穩定性和阻燃性能，有望發展成為一種對環境友好的、易于加工成型的、低煙無鹵無磷無毒清潔型兼有納米阻燃和力學增強增韌的新型高分子復合新材料。本論文工作的主要創新點包括： 1.采用溶液插層方法制備了聚苯乙烯(PS)/ZnAlLDH納米復合材料。研究了制備條件對納米復合材料結構的影響和有關性能。結果表明：通過降低ZnAlLDH的含量，延長回流時間和應用快速沉淀法可以獲得完全層離的PS/ZnAlLDH納米復合材料。PS/ZnAlLDH

3、納米復合材料的熱氧化降解速度遠低于純的PS。以50％失重處作為比較點，純PS和Zn3Al-DS含量為5％、10％和20％的PS/Zn3AlLDH納米復合材料樣品的熱降解溫度分別為350、380、389和367℃。通過比較不同結構納米復合材料的TGA結果發現層離結構的納米復合材料比插層結構納米復合材料具有更好的熱穩定性。 2.應用α-溴代正丁酸插層的Zn3Al層狀雙氫氧化物來引發苯乙烯單體進行原子轉移自由基聚合(ATRP)反應，原

4、位制備了PS/Zn3AlLDH納米復合材料。XRD和TEM的結果表明由ATRP所得的納米復合材料為層離型結構。TGA測定的數據表明：如果以50％失重為比較點，層離型的聚苯乙烯/Zn3AlLDH納米復合材料的熱降解溫度比純聚苯乙烯高出了45℃。 3.研究了用無皂乳液聚合法一步制備了層離型PS/Mg3AlLDH納米復合材料，并用XRD和TEM方法觀測了制備過程中LDH的層間距和形貌的變化特征。由于該制備過程中沒有使用小分子量的表面活

5、性劑，所得PS/LDH納米復合材料的起始熱降解溫度要高于純PS，當以3％失重為比較點，PS/LDH納米復合材料的熱降解溫度比純PS高了53.3℃。 4.系統比較了采用溶液插層方法制備的線形低密度聚乙烯/蒙脫土(LLDPE/MMT)、LLDPE/MgAlLDH和LLDPE/ZnAlLDH三種納米復合材料。研究了它們的結構特征并探討了LDH和MMT在聚合物納米復合材料中熱穩定性增強的不同機理。XRD和TEM的結果表明當無機物含量在2

6、.5-10％的范圍內時，LLDPE/MMT與LLDPE/MgAlLDH納米復合材料為插層/層離型混合結構；但由于ZnAlLDH片層容易斷裂，Zn3Al-DS含量為小于10％的LLDPE/ZnAlLDH納米復合材料是層離型的。TGA的結果顯示，所有制得的納米復合材料的熱穩定性都要高于純LLDPE，而且在相同含量時MgAlLDH和ZnAlLDH納米復合材料的熱穩定性要高于MMT納米復合材料。通過動力學分析發現，MMT和LDH提高LLDPE熱

7、穩定性的根本原因是由于納米分散的MMT和LDH片層能夠大幅度提高聚合物的降解活化能。但層狀雙氫氧化物納米復合材料在降解初期的降解活化能遠高于LLDPE/MMT納米復合材料，提示了二者具有不同的熱穩定性增強機理。動態FTIR和氧化過程形貌變化的進一步觀察結果顯示，MMT是通過對LLDPE催化脫氫成炭的作用逐漸提高了聚合物/MMT納米復合材料的降解活化能，而聚合物/層狀雙氫氧化物納米復合材料則通過LDH片層的阻隔作用和受熱釋放水蒸氣大幅度地

8、提高了其降解活化能。 5.采用表面活性劑包覆和溶液沉淀法可大批量合成制備結晶度高、具有量子尺寸效應的不團聚的納米級氫氧化鎂新型阻燃劑。將該納米級氫氧化鎂用于EVA體系時，50％填充量就能使材料的極限氧指數(LOI)從19提高到38.3，而相同填充量的微米級EVA/氫氧化鎂材料的LOI僅為24。垂直燃燒實驗表明，50％填充量的納米Mg(OH)2上述材料可達UL94V-0級。而要達到相同的UL94V-0級阻燃等級，微米級氫氧化鎂填充