论文部分内容阅读
聚丙烯(PP)成炭阻燃材料因其能以较少的添加量而达到较高的阻燃效果，且无毒、无烟，是一种新型的环境友好材料，受到了广泛关注。本论文研究了活性炭(AC)表面化学改性，不同价态镍氧化物、镍基双金属和AC催化聚丙烯成炭，并考察了镍化合物-AC和无机阻燃剂对聚丙烯阻燃性能的影响规律。 本文首先对AC进行表面化学改性，分别考察酸的种类、改性温度、改性时间、硝酸浓度对AC表面酸性官能团的影响。结果表明:硝酸(HNO3)氧化改性对AC表面酸性官能团的影响最为显著，且随着改性温度、改性时间、硝酸浓度的增加，AC表面酸性官能团的含量呈现“先增加后趋于平稳”的趋势，从而确定改性的最优条件为:利用硝酸进行氧化改性且改性温度为120℃、改性时间为12h、硝酸浓度为40wt％。 采用不同价态的镍的氧化物与表面酸化的AC共混成复合成碳剂。论文详细研究了该成炭剂的炭化温度、Ni的价态和含量及AC的含量对PP自身成炭的影响，并进一步分析PP成炭机理。结果表明:NiO与AC具有显著的协同催化成炭效果。当NiO的含量为10％、AC含量为2.5％时，PP自身成炭率最高，为32.3％; PP/NiO/AC复合材料的热释放速率(HRR)、质量损失速率(MLR)等燃烧特征参数均有所降低，具有较明显的阻燃性能和热稳定性。SEM、TEM显示PP成炭结构为稳定的多壁碳纳米管(CNTs);XRD结果表明NiOx高温下还原成金属Ni，它是催化PP脱氢裂解的活性中心。 以镍为主催化剂，铝、镁、铁、钴、铜、锌分别为助催化剂，研究该镍基双金属催化剂对PP成炭的促进作用。论文分别考察金属摩尔比对PP成炭的影响，并研究双金属催化剂对PP燃烧性能及热稳定性能的影响。结果表明Ni-Al和Ni-Mg双金属催化效果显著，最高成炭率分别为43.7％和31.9％; HRR、MLR及TG结果显示，双金属成炭催化剂改善了复合材料的燃烧性能及热稳定性。 最后，选取Ni-Al和AC与Mg(OH)2复配成PP用协同阻燃剂。研究Ni-Al双金属催化剂和AC的含量对复合阻燃体系阻燃性能及热稳定性的影响。UL-94测试及氧指数(LOI)的结果表明，Ni-Al双金属催化剂和AC的加入改善了复合材料的阻燃性能，UL-94阻燃等级提高至Ⅴ-0，氧指数提高了近20％; PP/PP-MAH/Mg(OH)2/Ni-Al/AC阻燃体系的热稳定也得到提高。