聚氯乙烯(PVC)是世界五大通用塑料之一,具有不易燃燒、耐腐蝕、絕緣、隔離效果良好等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。由于PVC在加工過(guò)程中使用的增塑劑會(huì)使其極易燃燒,產(chǎn)生大量煙霧、毒性及腐蝕性氣體,這給人們生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅,因此,PVC必須進(jìn)行阻燃抑煙處理。近年來(lái),碳基材料由于具有導(dǎo)電性、耐熱性、耐化學(xué)藥品特性、表面與界面特性等優(yōu)點(diǎn),引起了阻燃領(lǐng)域研究人員的廣泛關(guān)注。本文以不同的碳材料為基體制備了活化碳球負(fù)載NiCo_2(CO_3)_(1.5)(OH)_3(ACS@BNCC)和磷酸銨鎳/還原氧化石墨烯(ANP/RGO)兩種雜化材料。之后,將ACS@BNCC和ANP/RGO作為阻燃劑應(yīng)用于PVC中,研究PVC復(fù)合材料的阻燃、抑煙和力學(xué)性能,并對(duì)兩種碳基雜化材料的阻燃機(jī)理進(jìn)行分析。具體研究?jī)?nèi)容如下:第一部分:ACS@BNCC雜化材料的合成及其在PVC中的阻燃應(yīng)用利用水熱和沉淀反應(yīng)成功制備了ACS@BNCC雜化材料,并對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。表征結(jié)果可知,ACS@BNCC為核-殼型多晶結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定性良好。其中,作為核心的ACS為球形形貌,粒徑均一,直徑約為2μm,表面含有羧基,羥基和磷脂基團(tuán)等官能團(tuán);作為殼的BNCC納米線均勻分散在ACS表面上,厚度約為50-100nm。將ACS@BNCC和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體([BMIM]PF_6)按照不同質(zhì)量比添加到PVC中,并通過(guò)極限氧指數(shù)(LOI)、錐形量熱(CCT)測(cè)試PVC復(fù)合材料的阻燃抑煙性能。結(jié)果表明,15%ACS@BNCC與2%離子液體(ILs)的結(jié)合使PVC復(fù)合材料的阻燃抑煙性能最佳。2%ILs-ACS@BNCC/PVC復(fù)合材料的LOI值可達(dá)到29.1%,熱釋放速率峰值(PHRR)、煙釋放速率峰值(PSPR)和總煙釋放(TSP)分別降低至純PVC的63.2%、37.8%和54.8%。通過(guò)對(duì)阻燃前后PVC復(fù)合材料的熱重-微分熱重(TG-DTG)和殘?zhí)糠治?提出了2%ILs-ACS@BNCC的阻燃機(jī)理。2%ILs-ACS@BNCC主要在凝聚相中發(fā)揮阻燃抑煙作用,集物理阻隔、催化碳化和冷卻基材等阻燃作用于一身。此外,PVC復(fù)合材料斷面的SEM結(jié)果表明,離子液體的加入提高了ACS@BNCC在PVC基體中的分散性。因此,與ACS@BNCC/PVC相比,2%ILs-ACS@BNCC/PVC的拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度明顯提高,可與純PVC相媲美。第二部分:ANP/RGO雜化材料的合成及其在PVC中的阻燃應(yīng)用利用一步溶劑熱反應(yīng)成功制備了ANP/RGO雜化材料,并對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,ANP/RGO熱穩(wěn)定性良好;RGO表面的含氧基團(tuán)大部分被脫除,片狀A(yù)NP與褶皺狀RGO形成“夾層”結(jié)構(gòu)。將不同質(zhì)量份數(shù)的ANP/RGO雜化材料應(yīng)用于PVC中并通過(guò)LOI和CCT測(cè)試復(fù)合材料的阻燃性能。15%ANP/RGO/PVC復(fù)合材料的LOI為27.0%,PHRR、PSPR和TSP為99.1 kW/m~2、0.15 m~2/s和21.2 m~2,分別降低至純PVC的30.1%、40.5%和50.2%,說(shuō)明15%ANP/RGO是PVC的一種有效的阻燃消煙劑。通過(guò)PVC復(fù)合材料的TG-DTG測(cè)試及殘?zhí)康腟EM和拉曼分析,提出了15%ANP/RGO的阻燃機(jī)理。15%ANP/RGO兼具物理阻隔、催化炭化、吸熱和稀釋效應(yīng)等,并以凝聚相阻燃機(jī)理為主。此外,通過(guò)拉伸和沖擊測(cè)試研究了阻燃劑對(duì)PVC力學(xué)性能的影響。PVC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度,斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度數(shù)據(jù)表明,與純PVC相比,15%ANP/RGO/PVC的力學(xué)性能并未降低。
【學(xué)位單位】：河北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ325.3
【部分圖文】：

河北大學(xué)碩士學(xué)位論文組成按照設(shè)計(jì)合成。從 ACS@BNCC 的選區(qū)電子衍射（圖 2-1 f）中可以看出S@BNCC 是多晶結(jié)構(gòu)。此外，應(yīng)用 Mapping 圖來(lái)確認(rèn) ACS@BNCC 的元素分布。從 2-1 g-j 可以看出，BNCC 均勻分散在 ACS 的表面上，并且由于碳質(zhì)樣品臺(tái)的存在，C素的信號(hào)強(qiáng)度明顯高于 Co，Ni 和 O 元素的信號(hào)強(qiáng)度。

圖 2-2 阻燃劑的 FTIR 譜圖，BNCC，ACS@BNCC 以及 ACS@BNCC 殘?zhí)?#176;處出現(xiàn)兩個(gè)明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于無(wú)定型碳制備的 BNCC 的 XRD 衍射峰與 Co(CO3致，這是因?yàn)?Ni（No.28）在元素周期表中的位半徑差別不大，用 Ni 原子部分取代 Co 不會(huì)引 Co2+和 Ni2+通常形成堿式碳酸鹽，因此，Co(C。ACS@BNCC 的 XRD 圖譜保留了 ACS 的（002CC 的強(qiáng)衍射峰掩蓋，其余所有峰與 BNCC 的XR成的 ACS@BNCC 純度較高。

圖 2-2 阻燃劑的 FTIR 譜圖，BNCC，ACS@BNCC 以及 ACS@BNCC 殘?zhí)?#176;處出現(xiàn)兩個(gè)明顯的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)于無(wú)定型碳制備的 BNCC 的 XRD 衍射峰與 Co(CO3致，這是因?yàn)?Ni（No.28）在元素周期表中的位子半徑差別不大，用 Ni 原子部分取代 Co 不會(huì)引 Co2+和 Ni2+通常形成堿式碳酸鹽，因此，Co(C。ACS@BNCC 的 XRD 圖譜保留了 ACS 的（002CC 的強(qiáng)衍射峰掩蓋，其余所有峰與 BNCC 的XR合成的 ACS@BNCC 純度較高。

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