竹材阻燃用MgAl-LDHs的制备工艺及其阻燃性能研究

发布时间：2020-06-08 10:16

【摘要】：在我国,竹材已广泛应用于建筑、家具及装饰材料,然而竹材容易燃烧,为了提升竹材的阻燃性能,本论文采用尿素水解法制备了镁铝层状双氢氧化物(MgAl-LDHs),研究了反应条件对MgAl-LDHs热稳定性的影响,以及MgAl-LDHs处理竹材后的阻燃性能。主要研究结果如下:(1)以硝酸镁、硝酸铝和尿素为原料,采用尿素水解法制备出MgAl-LDHs,研究了反应时间、静态晶化时间、反应物摩尔浓度对MgAl-LDHs的粒径和热稳定性的影响。结果表明:反应时间在6h-48h范围内,反应时间为36h的热稳定性最佳;静态晶化时间在0h至15h范围内,静态晶化时间为10h的热稳定性最佳;反应物摩尔浓度[Mg~(2+)]在0.072mol/L至0.792mol/L范围内,摩尔浓度[Mg~(2+)]为0.528mol/L的热稳定性最佳。(2)以硝酸镁、硝酸铝和尿素为原料,采用原位反应制备了具有MgAl-LDHs薄膜的竹材,研究了反应条件对MgAl-LDHs薄膜情况及其处理竹材的阻燃性能。结果表明:反应时间从6h延长至48h,在竹材表面形成的LDHs逐渐变得均匀致密;当反应时间为24h,竹材表面形成的MgAl-LDHs薄膜达到饱和状态;与未处理竹材相比,具有MgAl-LDHs薄膜的竹材的点火时间延长了11s,热释放速率峰值降低了42.9%,烟释放速率降低了77.3%,且MgAl-LDHs薄膜具有抗磨损性能。(3)在常温常压下,以氢氧化钠和MgAl-LDHs先后对竹材进行处理。FT-IR检测表明,经氢氧化钠处理后的竹材暴露出大量的羟基,更易于与MgAl-LDHs中的羟基结合,从而固定更多的MgAl-LDHs;锥形量热仪测试发现,与未处理竹材相比,具有MgAl-LDHs薄膜的竹材具有更为优异的阻燃性能,其热释放率的峰值降低了29.12%,烟释放速率降低了40.45%。
【图文】：

层状结构,层板

竹材阻燃用 MgAl-LDHs 的制备工艺及其性能研究的工艺与阻燃抑烟性能，以期待制备出具有优异阻燃性能和抑烟性能的竹为 MgAl-LDHs 在竹质材料阻燃处理中的大量应用提供参考。.1.3 LDHs 阻燃研究概况1.3.1 LDHs 的结构特点MgAl-LDHs 最早由瑞典科学家 Circa 于 1842 年发现[17-18]。MgAl-LDHs 的式为[Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O，MgAl-LDHs 的结构类似于水镁石 Mg(OH)本结构，其主体为正八面体结构（如图 1.1 所示）。当水镁石层板中部分 M Al3+所替代时，MgAl-LDHs 层板上的电荷密度增大，这时可与层间阴离CO32-）互相平衡，，而结晶水占据层间的其余空间，其中，层板中的 Mg2+和 A于正八面体中心，并且与氢氧根以配位键的形式存在[19-23]。

成炭,机理,阻燃性能

图 1.2 LDHs 促进 PVA 成炭机理Figure 1.2 LDHs promote the Char formation mechanism of PVA1.1.3.4 LDHs 阻燃材料的性能（1）LDHs 阻燃聚合物由于 LDHs 具有无卤、消烟、低毒等特性，所以常将 LDHs 应用于聚合物的阻燃处理。曹青[46]制得 MgAl-LDHs/聚氨酯纳米复合材料，研究表明：阻燃剂添加量的增大，其阻燃效果明显增强，而该复合材料的力学性能逐渐降低。Huang等[47]研究了 LDHs 对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的阻燃性能和力学性能的影响，研究结果表明：以 LDHs 为变量时，LDHs 的添加增加了 PMMA 的弹性模量，却降低了抗张强度，但是其模量和抗张强度在应用中基本达到了所需的要求；LDHs 对 PMMA 基材料的阻燃性能测试中发现，具有极佳的消烟作用，且极限氧极值从 17.4%增加到 21.1%，表现出优良的阻燃性能。王百年等[48]以 APP 改性的 CuAl-LDHs 和未经改性过的 CuAl-LDHs 分别阻燃处理 PP，结果发现：
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S781.9

【参考文献】