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无机阻燃剂硼酸盐和氢氧化铝的制备及阻燃性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 聚合物燃烧与阻燃机理

1.1.1 聚合物燃烧

1.1.2 聚合物阻燃机理

1.2 阻燃体系介绍

1.2.1 阻燃体系概述

1.2.2 阻燃体系分类

1.3 阻燃体系的发展方向

1.3.1 阻燃体系的发展趋势

1.3.2 无机阻燃剂纳米效应

1.4 无机纳米阻燃剂制备方法

1.5 无机纳米阻燃剂的表面改性

1.6 硼酸锌和硼酸镧阻燃剂的介绍

1.6.1 硼酸锌、硼酸镧性能和用途

1.6.2 阻燃体系研究概况

1.7 聚苯乙烯的燃烧和阻燃

1.7.1 聚苯乙烯性质

1.7.2 阻燃聚苯乙烯阻燃剂研究概况

1.7.3 聚苯乙烯的燃烧过程和阻燃机理

1.8 聚合物无机纳米复合阻燃材料

1.8.1 聚合物复合材料的阻燃

1.8.2 聚合物复合材料的制备技术

1.9 研究目的和研究内容

1.9.1 研究目的

1.9.2 实验方案

第二章 纳米硼酸锌制备及其复合材料阻燃性能研究

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器

2.3 合成方法

2.3.1 纳米硼酸锌合成方法

2.3.2 纳米硼酸锌/聚苯乙烯复合材料制备方法

2.4 实验测试表征方法

2.4.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)

2.4.2 X-射线衍射(XRD)

2.4.3 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)

2.4.4 热重分析实验(TGA)

2.5 结果与讨论

2.5.1 硼酸锌制备影响因素

2.5.2 纳米硼酸锌样品测试与表征

2.5.3 纳米硼酸锌/聚苯乙烯复合材料阻燃性能研究

2.6 本章小结

第三章 纳米硼酸镧制备及其复合材料阻燃性能研究

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器

3.3 实验方法

3.3.1 纳米硼酸镧合成方法

3.3.2 纳米硼酸镧/聚苯乙烯复合材料合成方法

3.4 实验测试表征方法

3.5 结果与讨论

3.5.1 纳米硼酸镧样品测试与表征

3.5.2 纳米硼酸镧/聚苯乙烯复合材料阻燃性能研究

3.6 本章小结

第四章 氢氧化铝制备及其复合材料阻燃性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验仪器

4.2.2 实验试剂

4.3 实验方法

4.3.1 氢氧化铝制备方法

4.3.2 改性氢氧化铝制备方法

4.4 实验表征测试方法

4.4.1 傅里叶红外光谱分析(FT-IR)

4.4.2 X-射线衍射(XRD)

4.4.3 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)

4.4.4 极限氧指数测试(LOI)

4.4.5 热重分析实验(TGA)

4.5 结果与讨论

4.5.1 改性氢氧化铝阻燃性能研究

4.5.2 改性氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料阻燃性能研究

4.6 文章小结

第五章 硼酸盐/氢氧化铝协同阻燃聚苯乙烯性能研究

5.1 引言

5.2 实验试剂和实验仪器

5.2.1 实验试剂

5.2.2 实验仪器

5.3 实验方法

5.3.1 纳米硼酸锌/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料制备方法

5.3.2 纳米硼酸镧/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料制备方法

5.4 实验表征测试方法

5.5 实验结果与讨论

5.5.1 纳米硼酸锌/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料测试与表征

5.5.2 纳米硼酸镧/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料测试与表征

5.5.3 复合材料FE-SEM测试与分析

5.5.4 复合材料拉伸强度、断裂强度测试与分析

5.5.5 复合材料TGA分析

5.6 本章小结

第六章 结论及意义

参考文献

发表论文和参加科研情况

附录

致谢

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摘要

聚苯乙烯(Polystyrene)是五大通用塑料之一,但是聚苯乙烯容易燃烧,并且放出有毒气体,因此将聚苯乙烯用于制造时,必须进行阻燃处理。硼酸锌具有抑烟、不挥发、无毒和热稳定好等优点,是一类性能优良的绿色环保型无机阻燃剂。硼酸镧润滑油添加剂具有良好的极压,抗磨及减摩性能,优良的热氧化稳定性能,而且无毒无味等特点。氢氧化铝阻燃剂作为传统的阻燃剂,阻燃效率高,价格适中,在市场上占有很大份额。
  本文采用水热合成法制备出两种硼系阻燃剂硼酸镧和硼酸锌,溶胶凝胶法制备出氢氧化铝,按照适宜的比例将这两种阻燃剂复配添加,采用悬浮聚合法分别合成硼酸镧/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料、硼酸锌/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料,通过FT-IR、XRD、拉伸断裂强度对样品进行测试表征,研究它们之间是否存在协同阻燃效应。研究结果表明:
  (1)采用水热合成法合成纳米硼酸锌的最佳条件是物料比1∶2,溶液反应温度160℃,反应溶液pH8.5,反应釜中高温密闭环境下反应时间28h,收率值达87.33%。并采用同样的方法合成硼酸镧。
  (2)采用溶胶凝胶法合成氢氧化铝,通过用改性剂硬脂酸对合成的氢氧化铝表面进行改性,提高了分散性能,使产品由亲水性转变为亲油性。
  (3)制备硼酸锌/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料、硼酸镧/氢氧化铝/聚苯乙烯复合材料,通过测试表征对复合材料进行分析,结果表明,两者协同作为阻燃剂复配添加至聚苯乙烯中,可以明显改善聚苯乙烯的热稳定性能,提高聚苯乙烯的阻燃性能,并且硼酸锌和氢氧化铝的协同作用要优于硼酸镧和氢氧化铝的协同阻燃作用。

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