聚合物-水滑石類層狀雙氫氧化物復(fù)合材料的制備和結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、本論文探討了聚合物/層狀雙氫氧化物(LDH)納米復(fù)合材料的制備方法，并對(duì)其形貌結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。采用溶液插層和熔融插層法制備了聚碳酸丙烯酯(PPC)/Mg3AlLDH、線性低密度聚乙烯(LLDPE)/Mg3AlLDH和Nylon6/Mg3AlLDH剝離納米復(fù)合材料。同時(shí)研究了合成條件對(duì)水滑石結(jié)晶形態(tài)結(jié)構(gòu)、熱降解行為和EVA/水滑石阻燃性能的影響，以及水滑石與微膠囊化紅磷的協(xié)同效應(yīng)。主要研究內(nèi)容包括： 1.以環(huán)己酮為溶劑采用溶

2、液插層方法將PPC鏈插入有機(jī)修飾的MgAl-LDH片層制得PPC/MgAl-LDH納米復(fù)合材料。熱重分析表明，含有少量LDH納米片層的復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性才有可能提高，這是因?yàn)閯冸x的LDH片層不僅有阻隔效果能夠提高PPC樹脂的熱穩(wěn)定性，但同時(shí)它是一種弱堿對(duì)PPC具有負(fù)的催化降解效果。在20％失重時(shí)，含有1％OMgAlLDH的PPC/MgAl-LDH納米復(fù)合材料比純PPC樹脂的熱穩(wěn)定性高10℃。力學(xué)性能測(cè)試表明，含有5％LDH的PPC/Mg

3、Al-LDH納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量分別為36.9Mpa和1303MPa，比純PPC分別高72％和57％。 2.采用熔融插層方法，將LLDPE插入部分有機(jī)修飾的MgAl-LDH(MgAl(H-DS))片層制得LLDPE/Mg3AlLDH納米復(fù)合材料。這種部分有機(jī)修飾的MgAl-LDH片層層間約一半的硝酸根離子被十二烷基硫酸根離子取代。DSC研究發(fā)現(xiàn)，剝離的LDH片層增加了LLDPE/Mg3AlLDH納米復(fù)合材料的結(jié)晶度，

4、當(dāng)LDH片層含量為5wt％時(shí)，LLDPE的熔融吸熱峰溫度提高大約5℃。TGA研究表明，在210～370℃的范圍內(nèi)，LLDPE/Mg3AlLDH納米復(fù)合材料快速成炭；在370℃以上，其熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于純LLDPE樹酯；在40％失重時(shí)，含有10wt％MgAl(H-DS)片層的納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性比純樹脂高42℃。動(dòng)態(tài)FTIR研究表明，在200～320℃范圍內(nèi)，納米復(fù)合材料的熱氧化過程相比純LLDPE緩慢得多，這是因?yàn)閯冸x的MgAl(H-DS

5、)片層在LLDPE降解時(shí)促進(jìn)了成炭。 3.采用熔融插層法制備Nylon6/MgAl-LDH納米復(fù)合材料。DSC研究表明，剝離的MgAl(H-DS)片層對(duì)Nylon6的結(jié)晶起到了異相成核效果，含有5wt％剝離MgAlLDH片層的Nylon6/MgAl-LDH納米復(fù)合材料(NC-5)的結(jié)晶溫度相比純樹脂提高12℃。錐形量熱測(cè)試表明，剝離的LDH片層極大地提高了Nylon6基體的阻燃性能，使NC-5樣品的熱釋放速率(HRR)和質(zhì)量損失

6、速率(MLR)大幅度地降低。 4.合成方法和條件對(duì)水滑石的結(jié)晶形態(tài)結(jié)構(gòu)和粒子分布具有重要的影響。超聲合成的水滑石比機(jī)械攪拌方法合成的晶體和粒子尺寸均大。堿溶液滴加時(shí)間和順序、反應(yīng)溫度、超聲老化時(shí)間以及溶液濃度對(duì)水滑石的結(jié)晶形態(tài)結(jié)構(gòu)也具有重要的影響。提高反應(yīng)溫度，增加堿溶液滴加和超聲老化時(shí)間，晶粒尺寸增大。對(duì)于超聲合成的水滑石，隨著溶液濃度的增加，晶粒尺寸減小。粒子尺寸數(shù)據(jù)表明，反應(yīng)溫度、滴加時(shí)間、溶液濃度對(duì)粒子尺寸的影響與晶粒尺

7、寸的影響相同。但超聲老化時(shí)間的延長降低了粒子尺寸，這主要是因?yàn)槌暦鬯榱肆Ｗ酉嗷ラg的團(tuán)聚。同時(shí)，用混合鹽滴堿溶液的逆序法合成的粒子尺寸明顯小于用堿滴混合鹽正序合成的粒子。DTA數(shù)據(jù)表明，機(jī)械攪拌合成的水滑石樣品比超聲合成的具有更高的熱降解溫度，這是因?yàn)楹笳叩木Ц窬哂休^多的缺陷。而且含有60wt％超聲合成的EVA/水滑石復(fù)合材料具有較好的阻燃性能，而攪拌合成的具有較大的拉伸強(qiáng)度。 5.通過CCT、TGA、LOI和UL-94測(cè)試比較

8、研究了水滑石與MH和AH在EVA復(fù)合體系中的阻燃特性和熱降解行為。結(jié)果表明，在相同的添加量下，水滑石比MH和AH的阻燃效果好，極大地降低了EVA復(fù)合材料的HRR和MLR值。在40-60wt％添加量時(shí)，EVA/水滑石復(fù)合材料的LOI值比相應(yīng)的MH復(fù)合材料高3-4％，而在40wt％添加量時(shí)比相應(yīng)的AH復(fù)合材料高6％。這可能是在高溫下水滑石比MH和AH釋放出更多的氣體，從而有效地保護(hù)了EVA樹脂。添加適量的MRP可增加LOI值，從而降低了EV