钴基金属有机骨架材料对热塑性聚氨酯阻燃体系性能的影响及机理研究
发布时间：2021-06-21 15:18
热塑性聚氨酯（TPU）是兼具塑性和弹性体性能的一类高分子材料,已广泛用于交通设备、航空航天、汽车配件和电线电缆等领域。但是,TPU极易燃烧,并伴有大量的熔滴和有毒浓烟,因此有必要对其进行阻燃处理,实现抑烟和抗熔滴。数十年来,各类阻燃剂已用于TPU的阻燃。其中,聚磷酸铵（APP）在聚醚型TPU阻燃效果较好;但是,APP的高使用量严重破坏其机械性能,因而,协效阻燃势在必行。目前,金属有机骨架材料（MOF）已用于环氧树脂（EP）、聚苯乙烯（PS）、聚乳酸（PLA）等材料阻燃;然而,将MOF用于TPU/APP体系中进行阻燃探究鲜有报道。本文通过溶剂法,制备一种钴基金属有机骨架材料和两种沸石类咪唑骨架-67材料衍生物,与聚磷酸铵协效阻燃热塑性聚氨酯,在达到TPU阻燃标准的同时降低了 APP添加量。并对三种MOF及衍生物的分子结构和TPU/APP/MOF复合材料的阻燃性能、热稳定性以及力学性能进行了表征和分析。主要研究成果如下:（1）通过两步法合成制备钴金属有机骨架材料（Co-MOF）,将Co-MOF与APP协效阻燃TPU。结果表明:Co-MOF成功制备;当1.5 wt.%Co-MOF与4.5wt...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２热塑性聚氨酯硬软段微相分离示意图??
负面作用：首先，一些阻燃??剂的添加量大导致聚合物力学性能明显下降，另外，一些含磷等阻燃剂泄露到水??环境中，对生态环境产生污染。因此，研宄人员不断尝试采用一些纳米阻燃剂，??降低阻燃剂使用量，实现阻燃的同时也获得力学性能较好复合材料。??在纳米阻燃体系中，碳基材料富含碳源，在凝聚相阻燃发挥重要作用。碳纳??米材料是指分散相尺度至少有一维小于ｌＯＯｎｍ的碳材料ｔ３１］，在阻燃领域运用较??广泛的碳纳米材料，按其空间维度大致可以分为零维、一维和二维碳纳米材料三??类［３２］，其结构如图１－４所示：??碳纳米球?碳纳米管?石墨烯??图１－４三种碳纳米材料模型图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｔｈｒｅｅ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ??１．５．１零维碳纳米材料??零维碳纳米材料（Ｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ）是在三维空间尺度方向上均??处于纳米尺度的一类碳材料，一般为球形或类球形［３３＿３４１。零维碳纳米材料有很多，??比如炭黑、金刚石、碳Ｍ等，其中，炭黑在阻燃复合材料中运用较为常见，也??经常用做成炭剂和提高聚合物材料导电性。Ｔａｎｇ［３５ｌ等在制备导电聚丙烯／碳纤维??复合材料的同时，将炭黑引入体系中，发现复合材料的热稳定性提高、热量释放??大幅度下降和导电性明显提升，说明炭黑在导电的同时也具有提高复合材料热稳??定性和阻燃型的多功能作用；Ｊｉａｏ［３６ｌ等将炭黑添加到聚磷酸铵／热塑性聚氨酯阻??燃体系中，体系的烟雾释放量进一步降低，并且焦炭量增多，取得较好阻燃效果；??郭垂根［３７］等对炭黑进行改性用到木塑阻燃体系，使复合材料的的热释放速率降??１０??
等）、钼系化合物、含锌化合物（氧化锌等）、二茂铁及含铁化合物??等；在抑烟机理上主要是减少芳烃的释放以及在凝聚相促进交联，增加成炭量，??吸附和抑制烟气释放。??近几年，一种新型的金属有机骨架材料被用于各种聚合物材料阻燃研宄，特??别是在烟气和凝聚相阻燃。金属有机骨架材料（Ｍｅｔａｌ－ＯｒｇａｎｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋｓ，简称??ＭＯＦ））是继分子筛和碳基材料之后的一种新型多功能多孔材料。ＭＯＦ是由有机??配体与金属离子经过配位而自组装而形成的多孔配位聚合物［５４］，其构造简式如??图１－５所示：??金属离子．?Ａ＂?ｙｆ??有机配体｜?４ｒ?ｒ??图１－５金属－有机骨架材料结构模拟图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５．?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??因而，ＭＯＦ不仅具有刚性和柔性的特征，并且制备方法多样、比表面积大??和化学性质可调等特点，在催化、气体吸附、能源储备等领域有广泛的运用［５５］。??ＭＯＦ的合成方法多种多样，不同点制备条件会获得比表面积、孔径大孝形貌??都不一的产物，并且在结构和性能上也有较大差异［５６］。目前，Ｍ〇Ｆ的合成方法??有以下几种：溶剂法（水热法）、微波法、机械化学合成法、超声合成法等［５７］，其??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热塑性聚氨酯弹性体的无卤阻燃研究进展[J]. 王康琪,崔静宇,张咪,林福华,王新龙. 聚氨酯工业. 2019(06)
[2]含磷/氮/硫协效阻燃剂的合成及对环氧树脂的阻燃作用[J]. 游歌云,冯彬,刘晓凤,范方方,凌绍明. 化学研究与应用. 2019(11)
[3]聚乳酸/氧化石墨烯阻隔、阻燃多功能薄膜的制备及其性能研究[J]. 唐武飞,彭晓华,陈寿,张胜,谷晓昱,聂俊,王鑫,孙耀明. 塑料包装. 2019(04)
[4]浅谈高分子材料的阻燃技术[J]. 刘国栋. 信息记录材料. 2019(07)
[5]氧化石墨烯改性阻燃粘胶短纤维的制备及性能研究[J]. 马君志,吴亚红,房德建,刘军东. 人造纤维. 2019(03)
[6]硼系阻燃剂检测方法研究进展[J]. 魏婉妮,陈小轲. 中国纤检. 2019(04)
[7]连续碳纤维增强PA66复合材料的结晶与力学性能[J]. 马晓敏,邢立学,谭洪生,王杰,朱凯丽,邢海妮. 中国塑料. 2019(02)
[8]零维、一维、二维无机纳米材料催化还原CO2研究进展[J]. 王帅,王振,邱俊杰,杨慧. 功能材料. 2018(12)
[9]硅系阻燃剂作用机理及应用进展[J]. 宋远超,陈国文,姚慧玲,赵丹南. 有机硅材料. 2018(06)
[10]APP/MAH-C9协效阻燃聚醚型TPU的研究[J]. 苏明,张胜,谷晓昱,孙军,苑会林,李洪飞. 塑料工业. 2018(09)
博士论文
[1]含磷/氮/硫新型阻燃剂的制备及其在生物基高分子材料中的应用[D]. 金晓冬.北京化工大学 2018
[2]聚氨酯的微相分离结构调控、性能和应用[D]. 陶灿.安徽大学 2018
硕士论文
[1]富马酸（盐）阻燃热塑性聚氨酯弹性体的研究[D]. 魏志彪.青岛科技大学 2019
[2]改性高岭土对聚丁二酸丁二醇酯膨胀阻燃体系性能的影响及机理研究[D]. 谷玲玲.北京化工大学 2018
[3]无卤阻燃聚醚型聚氨酯材料的研究[D]. 胡志刚.华南理工大学 2013
本文编号：3240910
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２热塑性聚氨酯硬软段微相分离示意图??
负面作用：首先，一些阻燃??剂的添加量大导致聚合物力学性能明显下降，另外，一些含磷等阻燃剂泄露到水??环境中，对生态环境产生污染。因此，研宄人员不断尝试采用一些纳米阻燃剂，??降低阻燃剂使用量，实现阻燃的同时也获得力学性能较好复合材料。??在纳米阻燃体系中，碳基材料富含碳源，在凝聚相阻燃发挥重要作用。碳纳??米材料是指分散相尺度至少有一维小于ｌＯＯｎｍ的碳材料ｔ３１］，在阻燃领域运用较??广泛的碳纳米材料，按其空间维度大致可以分为零维、一维和二维碳纳米材料三??类［３２］，其结构如图１－４所示：??碳纳米球?碳纳米管?石墨烯??图１－４三种碳纳米材料模型图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－４．?Ｔｈｒｅｅ?ｍｏｄｅｌｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ??１．５．１零维碳纳米材料??零维碳纳米材料（Ｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ）是在三维空间尺度方向上均??处于纳米尺度的一类碳材料，一般为球形或类球形［３３＿３４１。零维碳纳米材料有很多，??比如炭黑、金刚石、碳Ｍ等，其中，炭黑在阻燃复合材料中运用较为常见，也??经常用做成炭剂和提高聚合物材料导电性。Ｔａｎｇ［３５ｌ等在制备导电聚丙烯／碳纤维??复合材料的同时，将炭黑引入体系中，发现复合材料的热稳定性提高、热量释放??大幅度下降和导电性明显提升，说明炭黑在导电的同时也具有提高复合材料热稳??定性和阻燃型的多功能作用；Ｊｉａｏ［３６ｌ等将炭黑添加到聚磷酸铵／热塑性聚氨酯阻??燃体系中，体系的烟雾释放量进一步降低，并且焦炭量增多，取得较好阻燃效果；??郭垂根［３７］等对炭黑进行改性用到木塑阻燃体系，使复合材料的的热释放速率降??１０??
等）、钼系化合物、含锌化合物（氧化锌等）、二茂铁及含铁化合物??等；在抑烟机理上主要是减少芳烃的释放以及在凝聚相促进交联，增加成炭量，??吸附和抑制烟气释放。??近几年，一种新型的金属有机骨架材料被用于各种聚合物材料阻燃研宄，特??别是在烟气和凝聚相阻燃。金属有机骨架材料（Ｍｅｔａｌ－ＯｒｇａｎｉｃＦｒａｍｅｗｏｒｋｓ，简称??ＭＯＦ））是继分子筛和碳基材料之后的一种新型多功能多孔材料。ＭＯＦ是由有机??配体与金属离子经过配位而自组装而形成的多孔配位聚合物［５４］，其构造简式如??图１－５所示：??金属离子．?Ａ＂?ｙｆ??有机配体｜?４ｒ?ｒ??图１－５金属－有机骨架材料结构模拟图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５．?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??因而，ＭＯＦ不仅具有刚性和柔性的特征，并且制备方法多样、比表面积大??和化学性质可调等特点，在催化、气体吸附、能源储备等领域有广泛的运用［５５］。??ＭＯＦ的合成方法多种多样，不同点制备条件会获得比表面积、孔径大孝形貌??都不一的产物，并且在结构和性能上也有较大差异［５６］。目前，Ｍ〇Ｆ的合成方法??有以下几种：溶剂法（水热法）、微波法、机械化学合成法、超声合成法等［５７］，其??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]热塑性聚氨酯弹性体的无卤阻燃研究进展[J]. 王康琪,崔静宇,张咪,林福华,王新龙. 聚氨酯工业. 2019(06)
[2]含磷/氮/硫协效阻燃剂的合成及对环氧树脂的阻燃作用[J]. 游歌云,冯彬,刘晓凤,范方方,凌绍明. 化学研究与应用. 2019(11)
[3]聚乳酸/氧化石墨烯阻隔、阻燃多功能薄膜的制备及其性能研究[J]. 唐武飞,彭晓华,陈寿,张胜,谷晓昱,聂俊,王鑫,孙耀明. 塑料包装. 2019(04)
[4]浅谈高分子材料的阻燃技术[J]. 刘国栋. 信息记录材料. 2019(07)
[5]氧化石墨烯改性阻燃粘胶短纤维的制备及性能研究[J]. 马君志,吴亚红,房德建,刘军东. 人造纤维. 2019(03)
[6]硼系阻燃剂检测方法研究进展[J]. 魏婉妮,陈小轲. 中国纤检. 2019(04)
[7]连续碳纤维增强PA66复合材料的结晶与力学性能[J]. 马晓敏,邢立学,谭洪生,王杰,朱凯丽,邢海妮. 中国塑料. 2019(02)
[8]零维、一维、二维无机纳米材料催化还原CO2研究进展[J]. 王帅,王振,邱俊杰,杨慧. 功能材料. 2018(12)
[9]硅系阻燃剂作用机理及应用进展[J]. 宋远超,陈国文,姚慧玲,赵丹南. 有机硅材料. 2018(06)
[10]APP/MAH-C9协效阻燃聚醚型TPU的研究[J]. 苏明,张胜,谷晓昱,孙军,苑会林,李洪飞. 塑料工业. 2018(09)
博士论文
[1]含磷/氮/硫新型阻燃剂的制备及其在生物基高分子材料中的应用[D]. 金晓冬.北京化工大学 2018
[2]聚氨酯的微相分离结构调控、性能和应用[D]. 陶灿.安徽大学 2018
硕士论文
[1]富马酸（盐）阻燃热塑性聚氨酯弹性体的研究[D]. 魏志彪.青岛科技大学 2019
[2]改性高岭土对聚丁二酸丁二醇酯膨胀阻燃体系性能的影响及机理研究[D]. 谷玲玲.北京化工大学 2018
[3]无卤阻燃聚醚型聚氨酯材料的研究[D]. 胡志刚.华南理工大学 2013
本文编号：3240910
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