不同结构硼酸锌与半水硫酸钙阻燃剂的制备及其阻燃性能的研究

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随着科学技术的不断发展,高分子材料越来越多地出现在我们的生活中,其自身的易燃性所带来的火灾隐患也给人们生活带来了更大的威胁,阻燃剂的使用在一定程度上缓解了这一难题。阻燃剂有很多种类,近些年,无氯、无磷类无机阻燃剂由于其环境友好特性与优良阻燃性能得到了更多关注。硼酸锌与半水硫酸钙是一类绿色环保的无机阻燃剂,具备无毒、无污染、抑烟、协同效应等特点。  本课题主要研究了不同结构与形貌的硼酸锌(2ZnO·3B2O3·3H2O,2ZnO·3B2O3·7H2O,4ZnO·B2O3·H2O)与半水硫酸钙(α-CaSO4·0.5H2O)的控制制备与其阻燃聚乙烯醇的特性,具体研究结果如下:  以碱式硫酸锌和硼酸为原料,(1)反应体系中Zn与B的摩尔比为1∶6,在水溶液中反应6小时,当反应温度为90℃,Zn与H2O的摩尔比从1∶30变化到1∶80,所得硼酸锌样品结构均为2ZnO·3B2O3·3H2O,而样品形貌相应地从片状结构逐渐变化为多面体颗粒。(2)将反应体系中Zn与H2O的摩尔比确定为1∶60,当反应温度为80与90℃时,分别得到薄片状和多面体颗粒状的2ZnO·3B2O3·3H2O;而当反应温度在40-70℃之间时,则得到短柱状的2ZnO·3B2O3·7H2O。(3)将反应体系中Zn与H2O的摩尔比确定为1∶60,反应温度确定为90℃,通过添加有机修饰剂制备了不同形貌的2ZnO·3B2O3·3H2O。以十六烷基三甲基溴化铵为有机修饰剂时,得到了平均粒径在3.1-3.4μm之间的多面体颗粒状2ZnO·3B2O3·3H2O;以聚乙二醇200、十二烷基苯磺酸钠为有机修饰剂时,得到了平均粒径在2.8-2.9μm与1.8-2.1μm之间的多面体颗粒状2ZnO·3B2O3·3H2O;而当以柠檬酸为有机修饰剂时,得到了平均直径在3.0-3.5μm之间,平均厚度在0.1-0.6μm之间的薄片状2ZnO·3B2O3·3H2O。(4)其它反应条件不变,将反应体系中Zn与H2O的摩尔比确定为1∶60,在40-80℃之间考察了一定量有机修饰剂的存在对于硼酸锌制备的影响。在较低的反应温度下,只有以一定量的十二烷基苯磺酸钠为有机修饰剂,才能得到与不添加修饰剂时同样的硼酸锌样品。(5)热重分析表明,2ZnO·3B2O3·3H2O的添加很大程度上提高了聚乙烯醇的热稳定性与氧化稳定性。与低温制备的2ZnO·3B2O3·3H2O样品相比,高反应温度下制备的2ZnO·3B2O3·3H2O的添加,更好地提高了聚乙烯醇的氧化稳定性。薄片状与小尺寸多面体颗粒状2ZnO·3B2O3·3H2O赋予聚乙烯醇更高的热稳定性。  以硫酸锌、硼砂和硼酸为原料,140℃下水热反应48小时,通过添加有机修饰剂制备了不同形貌的4ZnO·B2O3·H2O。以聚乙二醇400为有机修饰剂时,得到了平均长度在7.8-12.3μm之间、平均宽度在0.6-0.8μm之间的晶须状4ZnOB2O3·H2O;以聚乙烯吡咯烷酮K-30为有机修饰剂时得到了平均长度在10.2-15.8μm之间、平均宽度为0.5μm的晶须状4ZnO·B2O3·H2O;以十六烷基三甲基溴化铵为有机修饰剂时,得到了平均直径为18.5μm的圆球状4ZnO·B2O3·H2O。热重分析表明,所得4ZnO·B2O3·H2O在提高聚乙烯醇的氧化稳定性方面取得了较好的效果。  以二水硫酸钙为原料,以MgCl2、柠檬酸三钠(CANa)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为有机修饰剂,110-140℃下水热反应6小时制备了不同粒径的棒状α-CaSO4·0.5H2O。所得样品的平均长度在17.5-33.1μm之间,平均直径在2.6-5.2μm之间。有机修饰剂在减小α-CaSO4·0.5H2O平均直径上的效果按以下顺序排列:SDBS>CANa>MgCl2。热重分析表明,所得α-CaSO4·0.5H2O在提高聚乙烯醇的氧化稳定性方面所取得的效果按以下顺序排列:无修饰剂> MgCl2>CANa> SDBS。
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