铋基阻燃剂的制备及其在软质聚氯乙烯中的性能研究
发布时间：2021-03-27 22:27
近年来,二维层状材料由于在聚合物燃烧的过程中能够阻隔热质传输,在阻燃领域受到广泛研究。氯氧化铋（BiOCl）纳米片具有二维层状结构,并且铋与锑同族,具有相似的化学性质,期望氯氧化铋能够取代三氧化二锑（Sb2O3）,作为一种新型绿色的阻燃剂用在聚氯乙烯（PVC）中。本论文制备了几种BiOCl纳米片阻燃剂,并研究其在PVC中的阻燃性能和阻燃机制。首先,通过水热法制备了BiOCl纳米片,并用硅烷偶联剂（KH570）对BiOCl纳米片进行改性处理,与市售Sb2O3对比,其阻燃性能优于Sb2O3。其次,为了解决PVC/BiOCl复合材料燃烧后形成的炭层不稳定的问题,引入含磷量高的生物质植酸（PA）和壳聚糖（CS）制备了BiOCl@CS-PA复合阻燃剂,进一步提高其阻燃性能。最后,基于组内先前研究结果,采用掺杂方式在BiOCl纳米片中引入Fe和Sn,利用协同作用提升BiOCl的阻燃性能。主要研究内容如下:1.氯氧化铋纳米片的制备及其在PVC中的性能研究通过水热法制备了...
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆市渝北区加州花园小区A4幢居民阳台起火
铋基阻燃剂的制备及其在软质聚氯乙烯中的性能研究8图1.2典型的不同类型的二维材料示意图1.4.1二维层状化合物的研究进展（1）石墨烯基阻燃剂石墨烯具有很多独特的性能，如高的杨氏模量和断裂强度高电子迁移率，高热导率等性质，广泛应用于物理、化学、生物材料等领域，是优良的电极材料、催化载体材料、储能材料[50-54]。石墨烯和氧化石墨烯通过抑制热和燃料提高聚合物的阻燃性能。其阻燃机理可以概括以下几个部分：首先，石墨烯和氧化石墨烯（GO）具有独特的二维层状结构，在分解过程中可以促进致密连续炭层的形成。焦炭可以作为物理屏障，防止热源的传热，延缓热解产物从底物中逸出。石墨烯和GO的碳骨架具有较高的热稳定性，可以作为成炭的模板，通过“迷宫效应”促进多个和重叠焦炭的形成。因此，提供了一条“曲折的道路”，以增加气体和凝聚相之间的热和质量交换途径，这与提高聚合物的热稳定性和防火安全性有关[55-59]。其次，石墨烯和GO具有较大的比表面积，能有效吸附易燃有机挥发物或阻碍其在燃烧过程中的释放和扩散；它们还能为金属氧化物等其他材料提供催化和炭化平台。第三，GO含有丰富的活性氧-脱水气体可以稀释点火周围的氧浓度[60]。Qiu等人[61]通过层层自组装法在弱碱性条件下盐酸通过多巴胺自聚合反应对GO进行原位非共价功能化和还原，得到复合阻燃剂PDA-rGO，将其用于FPUF表面。锥形量热的测试结果显示，与纯FPUF相比，当FPUF表面组装3层PDA-rGO涂层，有效地降低了FPUF的PHRR（49.3%）、TSP（33.1%）和COP（46.2%），这主要是由于rGO片的物理屏障效应和聚多巴胺的自由清除性能。Wang等人[62]将将GO与八氨基苯基多
第一章绪论13图1.3BiOCl晶体结构示意图[81]1.5.2氯氧化铋作为阻燃剂的潜在优势Sb2O3是工业上最常用的高效阻燃剂之一，具有良好的阻燃效果。Sb3+在含卤聚合物中可以促进脱卤炭化，消除自由基终止燃烧链反应，从而提升阻燃性能[87-91]。而Bi与Sb同族，具有相似的化学性质。Qi等人[92]报道了铁酸镧（LaFeO3）、铁酸锌（Zn2FeO4）和铁酸铋（BiFeO3）等金属铁氧体在燃烧过程中分解产生FeCl2和FeOCl能更明显地促进PVC的脱氯化氢，提高残炭的交联度，产生更稳定的炭层，从而提高复合材料的阻燃性能。特别是BiFeO3由于Bi的存在，在燃烧的过程中能够形成BiOCl，在PVC中起到类似于Sb2O3的作用，在气相中起到捕获自由基的作用，从而终止燃烧链反应，降低有效燃烧热；因此，BiFeO3在PVC中具有优于其他铁氧体的阻燃性能。Jiang等人[93]报道了碱式碳酸铋（(BiO)2CO3·xH2O）纳米板能表现出有效的炭化和阻隔作用，大大提高了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的阻燃和抑烟能力。以上结果说明了Bi基阻燃剂具有优异的阻燃效果。更重要的是，铋化合物可以作为药物使用[94,95]，对人体毒性比锑校Zhang等人[96]将具有棒状海胆状纳米结构的Bi2S3中空微球（U-BSHM）用作精确控制的载体，将熔点为38℃左右的1-十四烷醇（PCM）和亲水性阿霉素盐酸盐（DOX）的混合物加载到U-BSHM中。中空内部形成（PCM+DOX）@Bi2S3纳米复合材料（PD@BS），用于肿瘤的光声（PA）成像和化学光热疗法。通过PA成像和联合疗法可以完全抑制植入的肿瘤。Claudia等人[97]合成了Bi基金属有机骨架（MOF）材料，具有高负载能力和生物相容性的MOF合成的灵活性使其成为药物递送系统（DDS）的理想候选者。BiOCl具有独特的二维层状结构，特别是BiOCl具有良好的热稳定性，其分解温度
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2修饰强化BiOCl纳米片对有机污染物的光催化降解性能（英文）[J]. 余长林,何洪波,刘兴强,曾巨澜,刘珍. 催化学报. 2019(08)
[2]阻燃剂的现状及发展趋势[J]. 滕广远,陈俊宏. 化工时刊. 2018(04)
[3]Thermal Stability and Thermal Aging of Poly（vinyl chloride）/MgAl Layered Double Hydroxides Composites[J]. Hong-mei Zhang,张书华,Polite Stewart,Chen-hui Zhu,Wei-jun Liu,Alexander Hexemer,Eric Schaible,王成. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(05)
[4]综述软质PVC的阻燃性能研究[J]. 孙艳玲,赵博丹. 橡塑技术与装备. 2016(02)
[5]无机磷系无卤阻燃剂的研究进展[J]. 虞鑫海,吴冯. 绝缘材料. 2014(04)
[6]无机阻燃剂研究进展[J]. 马艳. 化工时刊. 2014(04)
[7]Flame retarded polymer nanocomposites: Development,trend and future perspective[J]. MA HaiYun1,3, SONG PingAn1 & FANG ZhengPing1,2* 1MOE Key Laboratory of Macromolecular Synthesis and Functionalization; Institute of Polymer Composites, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China 2Laboratory of Polymer Materials and Engineering, Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China 3Department of Biological and Materials Science, University of Michigan, Ann Arbor 48109, USA. Science China（Chemistry）. 2011(02)
[8]立方晶型三氧化二锑的制备及其对软质PVC阻燃性能的研究[J]. 刘立华,贾静娴,刘会媛,周长山. 化工科技市场. 2009(07)
[9]超细氧化锑阻燃剂的研究进展[J]. 李宾杰,吴志申,周静芳. 塑料工业. 2003(09)
[10]氧化锑在国内外的使用和前景[J]. 杨金和. 云南化工. 1987(02)
硕士论文
[1]三氧化二锑表面改性及其阻燃应用研究[D]. 赵胜利.内蒙古农业大学 2014
本文编号：3104344
【文章来源】：河南大学河南省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
重庆市渝北区加州花园小区A4幢居民阳台起火
铋基阻燃剂的制备及其在软质聚氯乙烯中的性能研究8图1.2典型的不同类型的二维材料示意图1.4.1二维层状化合物的研究进展（1）石墨烯基阻燃剂石墨烯具有很多独特的性能，如高的杨氏模量和断裂强度高电子迁移率，高热导率等性质，广泛应用于物理、化学、生物材料等领域，是优良的电极材料、催化载体材料、储能材料[50-54]。石墨烯和氧化石墨烯通过抑制热和燃料提高聚合物的阻燃性能。其阻燃机理可以概括以下几个部分：首先，石墨烯和氧化石墨烯（GO）具有独特的二维层状结构，在分解过程中可以促进致密连续炭层的形成。焦炭可以作为物理屏障，防止热源的传热，延缓热解产物从底物中逸出。石墨烯和GO的碳骨架具有较高的热稳定性，可以作为成炭的模板，通过“迷宫效应”促进多个和重叠焦炭的形成。因此，提供了一条“曲折的道路”，以增加气体和凝聚相之间的热和质量交换途径，这与提高聚合物的热稳定性和防火安全性有关[55-59]。其次，石墨烯和GO具有较大的比表面积，能有效吸附易燃有机挥发物或阻碍其在燃烧过程中的释放和扩散；它们还能为金属氧化物等其他材料提供催化和炭化平台。第三，GO含有丰富的活性氧-脱水气体可以稀释点火周围的氧浓度[60]。Qiu等人[61]通过层层自组装法在弱碱性条件下盐酸通过多巴胺自聚合反应对GO进行原位非共价功能化和还原，得到复合阻燃剂PDA-rGO，将其用于FPUF表面。锥形量热的测试结果显示，与纯FPUF相比，当FPUF表面组装3层PDA-rGO涂层，有效地降低了FPUF的PHRR（49.3%）、TSP（33.1%）和COP（46.2%），这主要是由于rGO片的物理屏障效应和聚多巴胺的自由清除性能。Wang等人[62]将将GO与八氨基苯基多
第一章绪论13图1.3BiOCl晶体结构示意图[81]1.5.2氯氧化铋作为阻燃剂的潜在优势Sb2O3是工业上最常用的高效阻燃剂之一，具有良好的阻燃效果。Sb3+在含卤聚合物中可以促进脱卤炭化，消除自由基终止燃烧链反应，从而提升阻燃性能[87-91]。而Bi与Sb同族，具有相似的化学性质。Qi等人[92]报道了铁酸镧（LaFeO3）、铁酸锌（Zn2FeO4）和铁酸铋（BiFeO3）等金属铁氧体在燃烧过程中分解产生FeCl2和FeOCl能更明显地促进PVC的脱氯化氢，提高残炭的交联度，产生更稳定的炭层，从而提高复合材料的阻燃性能。特别是BiFeO3由于Bi的存在，在燃烧的过程中能够形成BiOCl，在PVC中起到类似于Sb2O3的作用，在气相中起到捕获自由基的作用，从而终止燃烧链反应，降低有效燃烧热；因此，BiFeO3在PVC中具有优于其他铁氧体的阻燃性能。Jiang等人[93]报道了碱式碳酸铋（(BiO)2CO3·xH2O）纳米板能表现出有效的炭化和阻隔作用，大大提高了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的阻燃和抑烟能力。以上结果说明了Bi基阻燃剂具有优异的阻燃效果。更重要的是，铋化合物可以作为药物使用[94,95]，对人体毒性比锑校Zhang等人[96]将具有棒状海胆状纳米结构的Bi2S3中空微球（U-BSHM）用作精确控制的载体，将熔点为38℃左右的1-十四烷醇（PCM）和亲水性阿霉素盐酸盐（DOX）的混合物加载到U-BSHM中。中空内部形成（PCM+DOX）@Bi2S3纳米复合材料（PD@BS），用于肿瘤的光声（PA）成像和化学光热疗法。通过PA成像和联合疗法可以完全抑制植入的肿瘤。Claudia等人[97]合成了Bi基金属有机骨架（MOF）材料，具有高负载能力和生物相容性的MOF合成的灵活性使其成为药物递送系统（DDS）的理想候选者。BiOCl具有独特的二维层状结构，特别是BiOCl具有良好的热稳定性，其分解温度
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2修饰强化BiOCl纳米片对有机污染物的光催化降解性能（英文）[J]. 余长林,何洪波,刘兴强,曾巨澜,刘珍. 催化学报. 2019(08)
[2]阻燃剂的现状及发展趋势[J]. 滕广远,陈俊宏. 化工时刊. 2018(04)
[3]Thermal Stability and Thermal Aging of Poly（vinyl chloride）/MgAl Layered Double Hydroxides Composites[J]. Hong-mei Zhang,张书华,Polite Stewart,Chen-hui Zhu,Wei-jun Liu,Alexander Hexemer,Eric Schaible,王成. Chinese Journal of Polymer Science. 2016(05)
[4]综述软质PVC的阻燃性能研究[J]. 孙艳玲,赵博丹. 橡塑技术与装备. 2016(02)
[5]无机磷系无卤阻燃剂的研究进展[J]. 虞鑫海,吴冯. 绝缘材料. 2014(04)
[6]无机阻燃剂研究进展[J]. 马艳. 化工时刊. 2014(04)
[7]Flame retarded polymer nanocomposites: Development,trend and future perspective[J]. MA HaiYun1,3, SONG PingAn1 & FANG ZhengPing1,2* 1MOE Key Laboratory of Macromolecular Synthesis and Functionalization; Institute of Polymer Composites, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China 2Laboratory of Polymer Materials and Engineering, Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China 3Department of Biological and Materials Science, University of Michigan, Ann Arbor 48109, USA. Science China（Chemistry）. 2011(02)
[8]立方晶型三氧化二锑的制备及其对软质PVC阻燃性能的研究[J]. 刘立华,贾静娴,刘会媛,周长山. 化工科技市场. 2009(07)
[9]超细氧化锑阻燃剂的研究进展[J]. 李宾杰,吴志申,周静芳. 塑料工业. 2003(09)
[10]氧化锑在国内外的使用和前景[J]. 杨金和. 云南化工. 1987(02)
硕士论文
[1]三氧化二锑表面改性及其阻燃应用研究[D]. 赵胜利.内蒙古农业大学 2014
本文编号：3104344
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3104344.html
