改性氢氧化镁及复配型阻燃剂在聚合物中的应用研究
发布时间：2021-06-25 15:42
氢氧化镁（MH）是一种迅速发展的环境友好型无机阻燃添加剂之一,具有阻燃、填充、抑烟三重作用,然而其与高分子聚合物的相容性不佳,在聚合物中不容易分散而造成团聚现象,与聚合物基体缺乏亲和力,因此需要对氢氧化镁粒子进行超细化处理或表面修饰。本论文采用溶液改性法、共混涂覆法、接枝改性三种表面处理技术,分别在不同工艺下将改性剂化学包覆、物理涂覆、接枝在粒子表面,以改善其与聚合物相容性。系统研究了改性氢氧化镁制备工艺对改性体结构、表面性质的影响,以及在天然胶、丁苯胶、乙丙胶中的应用规律。首先分别研究了改性剂及用量对改性效果的影响,在一定条件下通过偶联剂对氢氧化镁完成初步表面改性,得到改性剂包覆的氢氧化镁改性体,然后通过溶液聚合反应,在初步改性的基础上进行接枝改性,得到氢氧化镁接枝改性体。研究结果表明改性后氢氧化镁的表面性质明显改善,接枝苯乙烯（St）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）改性后其表面亲水性明显减弱,活化指数也相应提高。将制备的氢氧化镁改性体应用于天然橡胶（NR）中,研究结果表明,填充改性氢氧化镁的天然胶明显改善了加工过程、硫化过程、动静态力学性能和分散性等。研究了氢氧化镁与多种无卤配合体系的协...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IFR阻燃机理Figure1-1FlameretardantmechanismofIFR
青岛科技大学研究生学位论文7链式自由基反应发生一系列化学变化，材料分解产生可燃气态物质进一步反应，如一些烃类气体等。（3）引燃阶段：如果前一阶段热降解反应产生可燃物持续增加，温度和浓度达到材料点燃下限后，材料与空气中的氧相遇发生剧烈作用被引燃。（4）充分燃烧至燃尽阶段：聚合物在热和氧的条件下不断燃烧、降解，产生大量浓烟和灰烬，外层燃尽脱落后内层继续被点燃，持续分解降解至燃荆聚合物点燃过程及产物如下图所示：图1-2聚合物燃烧过程Figure.1-2Polymercombustionprocess1.3.2阻燃剂作用机理凝聚相的热氧降解是聚合物在燃烧过程中的主要反应，降解产物在固相和气相中不断的扩散，与氧气接触在气相中发生热氧化的连续反应等。因此聚合物的阻燃实质是利用各种物理或化学的方法，破坏燃烧过程的某一环节以设法阻止聚合物分解和抑制可燃物的产生，或通过隔绝材料与热量、氧气的接触，以及稀释可燃气体达到阻燃的目的。阻燃剂的作用机理是随材料变化通过在固相、气相和热交换过程中发挥作用，在气相和凝聚相中以物理方法产生稀释和覆盖作用，或化学方法捕捉自由基和改变大分子链热裂解历程切断燃烧循环，从而提高材料的阻燃性[52-56]。高分子复合材料引燃时，阻燃剂随材料遇高温发生相变、分解、脱水等，隔氧吸热不仅使复合材料基材降低了表面的温度，同时延缓其继续在高温下分解，减少了可燃气体的逸出，至此“点燃三元素”中的可燃物和热源两元素被阻断，最终使材料物化反应终止，因此赋予了复合材料阻燃功能。一般阻燃机理过程包括以下三种：（1）气相阻燃过程：聚合物在燃烧裂解时产生一些自由基，可以遇氧发生相互作用，而聚合物中的阻燃剂随材料分解产生一些具有捕捉性的自由基，从而终止链反应。同时有的阻?
改性氢氧化镁及复配型阻燃剂在聚合物中的应用研究8度，隔绝了材料间的传质过程。（2）凝聚相阻燃过程：阻燃剂随着材料在高温下分解，产生难燃的固态覆盖物，隔绝阻断聚合物产生可燃性物质的分解反应，使其终止降解和燃烧。（3）热交换过程：聚合物燃烧过程中阻燃剂随其分解产生水蒸气，隔断可燃性物质与足够的氧气直接接触，或者产生难燃的无机炭层，隔绝氧和热对材料的传递，从而切断了燃烧的必要条件。有的阻燃剂吸热发生物态相变，导致凝聚相温度降低使燃烧减缓甚至停止。图1-3阻燃作用基本原理Figure1-3Basicprincipleofflameretardantaction不同阻燃剂的作用机理不尽相同，相互配合协效阻燃效果更好。无机阻燃剂中Al(OH)3和Mg(OH)2主要是随基体材料在高温下分解时吸收大量的热，使聚合物材料表面的温度降低，因为其结构中含有结晶水，分解产生水蒸气和固态氧化物，材料表面周围的可燃性气体和氧被水蒸气取代而减小浓度，属于气相阻燃，生成的氧化物作为保护层起到阻隔的作用，属于固相阻燃的机理。经研究得出，Al(OH)3或Mg(OH)2受热后在材料中发挥阻燃作用的方式主要有以下三个方面：第一，在反应的过程中不断分解释放出水蒸气，水蒸气吸收了环境的热量降低了高分子材料的表面温度，另外水蒸气也降低了环境中氧气和可燃性气体的浓度，延缓材料发生燃烧；第二，分解过程本质为吸热过程，因此反应进行的过程中会吸收环境热量，降低环境温度的上升速度；第三，Al(OH)3和Mg(OH)2还可以促使高分子材料在发生燃烧时于其表面形成一层具有阻燃效果的保护层，同时氢氧化物的分解产物Al2O3和MgO也具有耐燃作用，氧化物包覆在材料的表面形成一层氧化膜，可以隔热隔氧发挥隔绝效应。氧化膜包覆在高分子材料的表面阻碍外界与基体材料的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢氧化镁阻燃材料改性工艺研究现状[J]. 曹雨微,逯登琴,宋学文,贾发云,罗仙平. 盐科学与化工. 2019(09)
[2]氢氧化镁的复合改性研究[J]. 刘英,崔香梅,兰生杰,朱东海. 人工晶体学报. 2019(09)
[3]橡胶阻燃技术的研究进展探讨[J]. 张鹏. 中国石油和化工标准与质量. 2019(17)
[4]氢氧化镁自组装高效阻燃棉织物的制备及性能研究[J]. 樊崇辉,王海洋,徐阳. 化工新型材料. 2019(08)
[5]改性LDH及石墨烯片协同阻燃环氧树脂性能的研究[J]. 关星宇,陈昌吉,李乾波,王奎,严伟. 塑料科技. 2019(07)
[6]反应型含磷多元醇/APP复配阻燃聚氨酯泡沫的制备及性能[J]. 薛竹林,王亚凤,闫莉,陈兴刚,桑晓明. 塑料科技. 2019(05)
[7]路面NiTi合金相变材料固溶处理及调温效果[J]. 黄晓凤,马骉,魏堃,孙思林. 材料科学与工程学报. 2019(01)
[8]白炭黑改性剂对溶聚丁苯橡胶性能的影响[J]. 邵光谱,丁乃秀,彭迁迁,刘天孟,刘光烨. 橡胶工业. 2019(01)
[9]氢氧化镁基复配膨胀型阻燃剂制备阻燃纸的研究[J]. 刘连丽,曾英,戚天游. 纸和造纸. 2019(01)
[10]化学调控制备氢氧化镁及其阻燃热解特性[J]. 张旭,卜庆伟,秦文龙,王志,王旭,谢华. 消防科学与技术. 2018(09)
博士论文
[1]聚碳硅烷/氢氧化镁/聚乙烯的燃烧行为及其炭层结构演变与阻燃机理[D]. 王春锋.哈尔滨理工大学 2019
[2]氢氧化镁表面改性机理及其在EVA中的应用研究[D]. 兰生杰.中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) 2017
[3]接枝改性炭黑、白炭黑应用于天然橡胶的性能研究[D]. 付文.华南理工大学 2014
[4]无机粒子的表面修饰及其聚合物的制备与性能研究[D]. 张方志.兰州大学 2008
硕士论文
[1]氢氧化镁/氧化锌晶须/低密度聚乙烯复合材料的制备与性能研究[D]. 张俊佳.沈阳师范大学 2019
[2]镁铝水滑石基复合阻燃剂的制备和表征[D]. 李冉冉.大连交通大学 2018
[3]膨胀型阻燃剂协同氢氧化镁/铝阻燃聚烯烃复合材料的燃烧行为及力学性能研究[D]. 刘念.西南交通大学 2018
[4]连续本体法合成ABS及无卤阻燃PC/ABS合金的开发[D]. 姜慧敏.青岛科技大学 2017
[5]有机硅树脂改性氢氧化镁及应用研究[D]. 何爱晓.兰州大学 2017
[6]聚醋酸乙烯酯基核壳乳液的制备与胶接性能研究[D]. 加朝.东北林业大学 2017
[7]EVA边角料/NR/胶粉复合发泡材料的制备与性能研究[D]. 杨郑.武汉工程大学 2016
[8]无机阻燃剂在聚氨酯材料中的协效阻燃研究[D]. 刘亮.安徽建筑大学 2016
[9]球形氢氧化镁的合成、磷硅改性及阻燃EVA的研究[D]. 赵丽慈.河北大学 2015
[10]表面改性高岭土的制备及其在聚合物中的应用研究[D]. 石阳阳.安徽大学 2015
本文编号：3249474
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IFR阻燃机理Figure1-1FlameretardantmechanismofIFR
青岛科技大学研究生学位论文7链式自由基反应发生一系列化学变化，材料分解产生可燃气态物质进一步反应，如一些烃类气体等。（3）引燃阶段：如果前一阶段热降解反应产生可燃物持续增加，温度和浓度达到材料点燃下限后，材料与空气中的氧相遇发生剧烈作用被引燃。（4）充分燃烧至燃尽阶段：聚合物在热和氧的条件下不断燃烧、降解，产生大量浓烟和灰烬，外层燃尽脱落后内层继续被点燃，持续分解降解至燃荆聚合物点燃过程及产物如下图所示：图1-2聚合物燃烧过程Figure.1-2Polymercombustionprocess1.3.2阻燃剂作用机理凝聚相的热氧降解是聚合物在燃烧过程中的主要反应，降解产物在固相和气相中不断的扩散，与氧气接触在气相中发生热氧化的连续反应等。因此聚合物的阻燃实质是利用各种物理或化学的方法，破坏燃烧过程的某一环节以设法阻止聚合物分解和抑制可燃物的产生，或通过隔绝材料与热量、氧气的接触，以及稀释可燃气体达到阻燃的目的。阻燃剂的作用机理是随材料变化通过在固相、气相和热交换过程中发挥作用，在气相和凝聚相中以物理方法产生稀释和覆盖作用，或化学方法捕捉自由基和改变大分子链热裂解历程切断燃烧循环，从而提高材料的阻燃性[52-56]。高分子复合材料引燃时，阻燃剂随材料遇高温发生相变、分解、脱水等，隔氧吸热不仅使复合材料基材降低了表面的温度，同时延缓其继续在高温下分解，减少了可燃气体的逸出，至此“点燃三元素”中的可燃物和热源两元素被阻断，最终使材料物化反应终止，因此赋予了复合材料阻燃功能。一般阻燃机理过程包括以下三种：（1）气相阻燃过程：聚合物在燃烧裂解时产生一些自由基，可以遇氧发生相互作用，而聚合物中的阻燃剂随材料分解产生一些具有捕捉性的自由基，从而终止链反应。同时有的阻?
改性氢氧化镁及复配型阻燃剂在聚合物中的应用研究8度，隔绝了材料间的传质过程。（2）凝聚相阻燃过程：阻燃剂随着材料在高温下分解，产生难燃的固态覆盖物，隔绝阻断聚合物产生可燃性物质的分解反应，使其终止降解和燃烧。（3）热交换过程：聚合物燃烧过程中阻燃剂随其分解产生水蒸气，隔断可燃性物质与足够的氧气直接接触，或者产生难燃的无机炭层，隔绝氧和热对材料的传递，从而切断了燃烧的必要条件。有的阻燃剂吸热发生物态相变，导致凝聚相温度降低使燃烧减缓甚至停止。图1-3阻燃作用基本原理Figure1-3Basicprincipleofflameretardantaction不同阻燃剂的作用机理不尽相同，相互配合协效阻燃效果更好。无机阻燃剂中Al(OH)3和Mg(OH)2主要是随基体材料在高温下分解时吸收大量的热，使聚合物材料表面的温度降低，因为其结构中含有结晶水，分解产生水蒸气和固态氧化物，材料表面周围的可燃性气体和氧被水蒸气取代而减小浓度，属于气相阻燃，生成的氧化物作为保护层起到阻隔的作用，属于固相阻燃的机理。经研究得出，Al(OH)3或Mg(OH)2受热后在材料中发挥阻燃作用的方式主要有以下三个方面：第一，在反应的过程中不断分解释放出水蒸气，水蒸气吸收了环境的热量降低了高分子材料的表面温度，另外水蒸气也降低了环境中氧气和可燃性气体的浓度，延缓材料发生燃烧；第二，分解过程本质为吸热过程，因此反应进行的过程中会吸收环境热量，降低环境温度的上升速度；第三，Al(OH)3和Mg(OH)2还可以促使高分子材料在发生燃烧时于其表面形成一层具有阻燃效果的保护层，同时氢氧化物的分解产物Al2O3和MgO也具有耐燃作用，氧化物包覆在材料的表面形成一层氧化膜，可以隔热隔氧发挥隔绝效应。氧化膜包覆在高分子材料的表面阻碍外界与基体材料的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]氢氧化镁阻燃材料改性工艺研究现状[J]. 曹雨微,逯登琴,宋学文,贾发云,罗仙平. 盐科学与化工. 2019(09)
[2]氢氧化镁的复合改性研究[J]. 刘英,崔香梅,兰生杰,朱东海. 人工晶体学报. 2019(09)
[3]橡胶阻燃技术的研究进展探讨[J]. 张鹏. 中国石油和化工标准与质量. 2019(17)
[4]氢氧化镁自组装高效阻燃棉织物的制备及性能研究[J]. 樊崇辉,王海洋,徐阳. 化工新型材料. 2019(08)
[5]改性LDH及石墨烯片协同阻燃环氧树脂性能的研究[J]. 关星宇,陈昌吉,李乾波,王奎,严伟. 塑料科技. 2019(07)
[6]反应型含磷多元醇/APP复配阻燃聚氨酯泡沫的制备及性能[J]. 薛竹林,王亚凤,闫莉,陈兴刚,桑晓明. 塑料科技. 2019(05)
[7]路面NiTi合金相变材料固溶处理及调温效果[J]. 黄晓凤,马骉,魏堃,孙思林. 材料科学与工程学报. 2019(01)
[8]白炭黑改性剂对溶聚丁苯橡胶性能的影响[J]. 邵光谱,丁乃秀,彭迁迁,刘天孟,刘光烨. 橡胶工业. 2019(01)
[9]氢氧化镁基复配膨胀型阻燃剂制备阻燃纸的研究[J]. 刘连丽,曾英,戚天游. 纸和造纸. 2019(01)
[10]化学调控制备氢氧化镁及其阻燃热解特性[J]. 张旭,卜庆伟,秦文龙,王志,王旭,谢华. 消防科学与技术. 2018(09)
博士论文
[1]聚碳硅烷/氢氧化镁/聚乙烯的燃烧行为及其炭层结构演变与阻燃机理[D]. 王春锋.哈尔滨理工大学 2019
[2]氢氧化镁表面改性机理及其在EVA中的应用研究[D]. 兰生杰.中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) 2017
[3]接枝改性炭黑、白炭黑应用于天然橡胶的性能研究[D]. 付文.华南理工大学 2014
[4]无机粒子的表面修饰及其聚合物的制备与性能研究[D]. 张方志.兰州大学 2008
硕士论文
[1]氢氧化镁/氧化锌晶须/低密度聚乙烯复合材料的制备与性能研究[D]. 张俊佳.沈阳师范大学 2019
[2]镁铝水滑石基复合阻燃剂的制备和表征[D]. 李冉冉.大连交通大学 2018
[3]膨胀型阻燃剂协同氢氧化镁/铝阻燃聚烯烃复合材料的燃烧行为及力学性能研究[D]. 刘念.西南交通大学 2018
[4]连续本体法合成ABS及无卤阻燃PC/ABS合金的开发[D]. 姜慧敏.青岛科技大学 2017
[5]有机硅树脂改性氢氧化镁及应用研究[D]. 何爱晓.兰州大学 2017
[6]聚醋酸乙烯酯基核壳乳液的制备与胶接性能研究[D]. 加朝.东北林业大学 2017
[7]EVA边角料/NR/胶粉复合发泡材料的制备与性能研究[D]. 杨郑.武汉工程大学 2016
[8]无机阻燃剂在聚氨酯材料中的协效阻燃研究[D]. 刘亮.安徽建筑大学 2016
[9]球形氢氧化镁的合成、磷硅改性及阻燃EVA的研究[D]. 赵丽慈.河北大学 2015
[10]表面改性高岭土的制备及其在聚合物中的应用研究[D]. 石阳阳.安徽大学 2015
本文编号：3249474
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