碳材料复合蒙脱土对PBS/PBAT体系燃性能研究

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随着社会的发展,绿色环保的无卤阻燃剂渐渐取代了传统的含卤阻燃剂,并且已成为大势所趋,因此,研究新型阻燃剂及阻燃剂复合体系已经成为了当今热点。生物可降解聚合物具备环境友好、综合性能优异和应用广泛等优点,但其易燃性导致无法满足现有的产品需求,因此开发新型环保阻燃生物可降解聚合物为生产加工提供参考。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种价格低廉、易获得、无毒、吸收可见光、优异的热稳定性等优点的新型碳材料,不仅可以用来当作催化剂、涂料外还可以作为光电材料、电极材料等,但g-C3N4作为阻燃剂的研究却非常少。本研究采用简单高效的制备方法,以三聚氰胺(MA)为前驱体成功制备g-C3N4,并将g-C3N4负载到蒙脱土(MT)上制备出g-C3N4/MT阻燃复合体系,并对其阻燃剂复合体系进行表征分析。通过物理共混法将g-C3N4和g-C3N4/MT阻燃复合体系添加到PBS/PBAT中,制备阻燃生物可降解PBS/PBAT/g-C3N4复合材料和PBS/PBAT/g-C3N4/MT复合材料。通过红外光谱、X射线衍射、热重量分析、极限氧指数测定、残碳红外分析、残碳扫描电镜分析、拉伸性能测试,探究了复合材料的形貌结构、热分解行为和力学性能的规律以及阻燃机理,并对PBS/PBAT/g-C3N4/MT复合材料的阻燃性能进行分析,为生产加工参考。主要工作如下:1.利用物理共混法,将PBS与PBAT混合制备出PBS/PBAT共混材料,通过一系列试验测试分析和查阅相关文献得出,PBS/PBAT共混样品中PBS与PBAT的质量比为70:30综合性能最佳,作为本文阻燃改性研究的基体。2.以三聚氰胺为原料并利用热聚合法,成功的制备出了g-C3N4,通过一系列测试方法证明其化学结构。将g-C3N4采用物理混合的方法填充到PBS/PBAT中,得到PBS/PBAT/g-C3N4复合材料。通过热失重测试(TG)、残碳红外分析、极限氧指数测试(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94),表征PBS/PBAT/g-C3N4复合材料的阻燃性能。结果表明:g-C3N4对PBS/PBAT共混材料的成炭起到促进的作用,提高了其热稳定性,并且能够延缓PBS/PBAT热分解速率。PBS/PBAT/20%g-C3N4材料的LOI值可达33%,垂直燃烧等级由原先的无等级提升到了V-0。对复合材料的热解残碳进行红外表征可以得出,有未完全反应的g-C3N4,在材料表面有残留的g-C3N4和不可燃气体,证明其是气相-凝聚相阻燃机理。3.采用g-C3N4、蒙脱土(MT)为原料,通过直接负载法制得g-C3N4/MT阻燃复合体系。利用物理共混法将g-C3N4/MT阻燃复合体系填充到PBS/PBAT中,得到PBS/PBAT/g-C3N4/MT复合材料。通过残碳红外分析、极限氧指数测试(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94),表征PBS/PBAT/g-C3N4复合材料的阻燃性能。结果表明:PBS/PBAT LOI为24%,当加入5%g-C3N4/MT时LOI值为27%,相比较纯PBS/PBAT提升了3%,当加入20%g-C3N4/MT时LOI值为39.8%,提升了15.8%,并且熔融滴落现象明显得到抑制。通过对残余物进行红外表征可以得出,残余物中含有硅酸盐结构且存在极少的g-C3N4,表明g-C3N4/MT受热分解,在气相中材料释放不可燃气体;在凝聚相中失去结晶水的硅酸盐覆盖在材料表面生成具有良好稳定性的保护隔绝层。
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