聚乳酸-含鎳化合物納米復(fù)合材料的制備、熱性能與阻燃性能研究.pdf

1、可生物降解聚合物聚乳酸(PLA)的原材料能由可再生資源生產(chǎn)制備，因而得到廣泛的應(yīng)用。PLA具有優(yōu)良的性能，如熱塑性好、強度和模量高、高熔融指數(shù)、透明度好、易于加工等。然而，由于其內(nèi)在的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)，PLA的熱穩(wěn)定性較差，容易燃燒，且燃燒時伴隨嚴重的滴落現(xiàn)象，這限制了其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。本文針對當前阻燃PLA存在的阻燃劑種類少、添加量高、效果不佳的現(xiàn)狀，合成多種含鎳化合物，并和新型無鹵阻燃劑結(jié)合使用，制備PLA復(fù)合材料，系統(tǒng)地

2、研究復(fù)合材料的組成與熱性能、阻燃性能的關(guān)系;闡明各阻燃組分間的相互作用機制和在PLA中的阻燃機理。主要研究工作如下:
　　1、通過一步共沉淀法合成三種含鎳層狀雙氫氧化物(NiFe、NiAl和NiCrLDHs)，研究這些LDHs化合物的結(jié)構(gòu)、形貌和性能，并用于制備PLA/LDHs納米復(fù)合材料及比較研究復(fù)合材料的熱性能。TGA結(jié)果表明PLA/NiCr LDH復(fù)合材料的具有較高的熱穩(wěn)定性，DSC結(jié)果顯示PLA/NiAl LDH復(fù)合材料具

3、有最低的熔融焓。SEM顯示PLA/NiFe LDH復(fù)合材料的炭層最致密，且LRS結(jié)果說明其有序化碳的含量最高。TEM和XRD圖像顯示LDHs在PLA基體中均具有良好的分散并且呈現(xiàn)插層和剝離狀態(tài)。由于三價金屬離子的影響，NiFe、NiAl和NiCr LDHs能夠不同程度地提高PLA材料的熱穩(wěn)定性。
　　2、用NiFe、NiAl和NiCr LDHs材料首次與苯氧基環(huán)磷腈(HPCP)結(jié)合使用制備PLA納米復(fù)合材料，并對PLA/HPCP/

4、LDHs復(fù)合材料的形貌、熱性能和阻燃性能進行比較和研究。TGA表明PLA/HPCP/NiCr復(fù)合材料具有較高的炭渣殘留量。DSC指出PLA/HPCP/NiFe LDH復(fù)合材料呈現(xiàn)最低的結(jié)晶度，SEM圖像證實其炭化殘渣形貌最為致密，XPS表明這種復(fù)合材料具有最高的P/C和N/C比值。LRS表明PLA/HPCP/NiAl LDH復(fù)合材料有序化碳的含量最高。所有PLA/HPCP/LDHs復(fù)合材料在10 wt％的添加量時均能達到UL-94 V0

5、級別，且LDHs在PLA基體中具有良好的分散。因此，NiFe、NiAl和NiCr LDHs在提高PLA復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能方面具有不同程度的良好效果。
　　3、由硅烷包覆的聚磷酸銨(APP203)和季戊四醇磷酸酯(PEPA)組成新的有機膨脹體系(IFR)，添加到PLA基體中。NiAl LDH具有良好的片層阻隔和催化成炭作用，作為阻燃協(xié)效劑用于提高PLA/IFR復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能。玉米淀粉(CS)作為生物質(zhì)炭源與A

6、PP203形成另一種有機IFR阻燃體系，聚丁二酸丁二醇酯(PBS)用在PLA基體中具有增韌作用，同樣使用熔融共混法制備PLA/PBS/APP203/CS/NiAl LDH復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，基于凝聚相的阻燃作用機理，NiAl LDH和上述兩種IFR體系協(xié)同使用能夠有效提高PLA基體的熱穩(wěn)定性和阻燃性能，并解決復(fù)合材料燃燒時的滴落問題。
　　4、采用水熱法合成了納米級的鐵酸鎳(NiFe2O4)粒子，并同樣方法制備ZnFe2O4和

7、CoFe2O4納米粒子與之做對比研究。聚磷酸銨(APP)和可膨脹石墨(EG)組成無機IFR體系。這些鐵酸鹽納米粒子(MFe2O4)和IFR結(jié)合使用制備PLA復(fù)合材料，并對比研究復(fù)合材料的阻燃性能和機械性能。此IFR體系和MFe2O4的使用能夠大幅度提高PLA材料的LOI，添加量13 wt％時復(fù)合材料達到UL-94 V0級別且無滴落現(xiàn)象。MCC顯示12 wt％添加量的IFR，PLA復(fù)合材料的PHRR、HRC和THR與純PLA相比分別減少了

8、30.7％、32.8％和17.5％,當含有1 wt％添加量的MFe2O4時，火災(zāi)危險性進一步降低。添加劑的使用能夠一定程度上提高材料的機械性能。綜合比較三種鐵酸鹽納米粒子的作用，NiFe2O4的效果最好。MFe2O4和IFR在PLA基體中的阻燃作用機理為形成穩(wěn)定炭層的凝聚相機理。
　　5、通過水熱法合成形貌規(guī)整的鉬酸鎳(NiMo)，并合成摻雜稀土Ce元素的鉬酸鈰鎳(NiMoCe)納米棒做對比研究。聚苯乙烯(PS)用來增強PLA基體