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《中国科学技术大学》 2009年
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聚丙烯/三元乙丙橡胶/膨胀阻燃剂/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备和性能研究

崔哲  
【摘要】:随着环保和火灾意识的不断增强以及对材料性能要求的不断提高,纳米无机阻燃材料为发展环境友好的阻燃材料提供了一条崭新的途径。本论文主要研究了聚丙烯(PP)/三元乙丙橡胶(EPDM)/膨胀型阻燃剂/层状双氢氧化物(LDH)纳米复合材料的制备、结构特征以及阻燃性能与热稳定性能的研究,其次还研究了对苯二甲酸乙二醇酯-ε-已内酯共聚酯的结晶特性。主要研究内容和创新点有以下四个方面: 1.采用溶液插层法制备和表征了聚丙烯(PP)/Mg3Al LDH纳米复合材料,研究了聚合物/LDH纳米复合材料的结构特征和热性能,特别研究了LDH对材料结晶特性的影响。通过X射线衍射XRD和透射电镜(TEM)研究表明,制备的纳米复合材料是层离型的且LDH片层在聚合物基体中是纳米分散的。差示量热扫描法DSC和偏光显微镜PLM结果说明,LDH片层在含量低于5%时会破坏PP材料本身的α相结晶使得结晶度下降,而当LDH片层含量高于5%时会使得PP的成核机理发生改变,由均相成核变为异相成核,而LDH片层本身成为PPβ相结晶的成核剂促进其β相结晶使得结晶度增大。热重分析(TGA)的结果表明,LDH片层有利于促进PP成炭,使得材料获得更好的热稳定性。 2.采用熔融插层法制备和表征了PP/EPDM/NP/LDH膨胀型阻燃纳米复合材料,主要研究了该阻燃纳米复合材料的插层结构和LDH与膨胀型阻燃剂NP的协同效应及其对阻燃性能和热性能的影响。通过极限氧指数数值LOI和垂直燃烧UL-94测试结果表明,只有在LDH和NP合适配比时才能具有良好的协同,获得最好的阻燃性能和热稳定性。TEM结果证明了LDH片层的加入有利于帮助NP在PP/EPDM基体中的均匀分散。扫描电镜SEM的结果证实了LDH片层使得材料在燃烧后形成更为紧密的炭层结构。TGA结果显示,LDH作为阻燃协同剂有利于提高体系的热稳定性,同时锥形量热器CCT也表明LDH与NP的协同作用明显降低了材料的热释放速率和质量损耗速率,导致了阻燃性能和热稳定性能的提高。 3.采用熔融法系统地制备了带有不同二价阳离子的PP/EPDM/MgAl、PP/EPDM/ZnAl、PP/EPDM/CaAl纳米复合材料和PP/EPDM/CuAl复合材料。比较了它们的结构特征,并探讨了不同二价阳离子结构的复合材料热稳定性增强的不同机理。结果发现,不同LDH在PP/EPDM基体中的分散状态是不同的,层间距与原子的电负性有关,可分别得到层离型、插层型纳米结构或共混型的不同结构的聚合物复合材料。TGA结果显示插层和层离结构的样品表现出了层间水释放造成的低温区域降解和碳酸盐的分解及金属氧化物的羟基化作用造成了在高温区域热降解温度的提高,使得体系热稳定性增强,而简单共混结构体系不会形成对材料有保护作用的炭层只发生一步降解。 4.采用广角X射线衍射(WAXD)和傅里叶变换红外光谱FTIR的方法研究了对苯二甲酸乙二醇酯-ε-已内酯(TCL)共聚酯中对苯二甲酸乙二醇酯(ET)链段的结晶特性。通过WAXD谱图研究表明,TCL共聚酯中ET硬段晶区的结构与纯PET完全相同,相应的衍射峰的2θ位置不随硬段含量变化,但是随着ET硬段序列长度逐渐变短,ET硬段晶区尺寸逐渐减小。TCL共聚酯的ET硬段中乙二醇链节的反式构象含量(即ET硬段的结晶度),随样品结晶温度的升高而增加。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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