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聚氯乙烯(PVC)是一种综合性能良好的高分子材料,其具有较好的电绝缘性、力学性能以及界面性能,被广泛应用于生活生产的方方面面。软质PVC由于增塑剂的加入会使得其易燃性增加,且在燃烧时会生成大量浓烟,使得潜在火灾危险性大大提升。传统无机阻燃剂通常具有阻燃效率低的缺点,这会使得阻燃剂的添加量较大,造成阻燃剂与基体相容性恶化,从而对PVC材料的力学性能造成较大影响。因此,对无机阻燃剂进行改性,在增强阻燃剂阻燃性的同时减少其对高分子材料力学性能的不利影响显得尤为重要。壳聚糖(CS)是一种含多羟基和多氨基结构的多糖,富含活性基团的结构特点使得其容易与其他化合物发生反应。根据CS的这种性质,可以利用CS对无机阻燃剂进行改性以改善无机阻燃剂与PVC基体相容性差的问题。本文用CS与不同无机酸盐反应生成无机酸盐-壳聚糖(IOS-CS),即:锡酸盐壳聚糖(Sn-CS)、钼酸盐壳聚糖(Mo-CS)、硅酸盐壳聚糖(Si-CS)和钨酸盐壳聚糖(W-CS)。然后通过一步沉淀法制备羟基锡酸锌阻燃剂(Sn-Zn),并用不同量的CS对其进行修饰制备CS基羟基锡酸锌(Sn-Zn-CS),再将还原氧化石墨烯(rGO)负载到阻燃剂制备杂化材料Sn-Zn-CS/rGO。将阻燃剂应用于PVC中研究PVC复合材料的阻燃性能及力学性能,具体研究内容如下:第一部分:利用CS分别与锡酸钠、钼酸钠、硅酸钠和钨酸钠通过一步沉淀反应制备了CS基无机阻燃剂Sn-CS、Mo-CS、Si-CS和W-CS,并对阻燃剂进行表征。测试结果表明,四种阻燃剂本身分散性良好,无明显团聚现象。热重(TG)测试结果表明,阻燃剂的分解温度与PVC基体相匹配。将四种阻燃剂应用于PVC复合材料中可以发现,纯PVC的极限氧指数(LOI)值只有26.6%,而PVC/Sn-CS的LOI值达到了30.5%,相比较于纯PVC有较大的提升。锥形量热测试(CCT)结果表明,PVC/Sn-CS的阻燃效果最佳,与纯PVC相比其热释放速率峰值(PHRR)、热释放总量(THR)、烟释放速率峰值(PSPR)和烟释放总量(TSP)分别下降了30.5%、18.2%、48.9%和52.6%。LOI测试残炭扫描电镜(SEM)图像显示,加入阻燃剂的PVC复合材料残炭更加致密,可以有效发挥物理阻隔作用。力学测试表明,CS基阻燃剂的加入可以有效降低无机阻燃剂对材料韧性的恶化影响。四种阻燃PVC样品中阻燃性能最好的PVC/Sn-CS的断裂伸长率可以达到纯PVC的88.2%,并且冲击韧性增加了48.62%,这表明CS的存在强化了阻燃剂与PVC基体之间的作用力,增强了两者的相容性。第二部分:通过一步沉淀法合成了阻燃剂Sn-Zn,并用不同量CS对其进行修饰制备CS基锡酸锌阻燃剂(Sn-Zn-CS),再将rGO分散到Sn-Zn-CS中制备Sn-Zn-CS/rGO杂化材料。实验结果表明,阻燃剂Sn-Zn-CS分散均匀,且rGO均匀的分散在Sn-Zn-CS/rGO中,无团聚现象。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)结果表明,rGO得到了充分的还原。将阻燃剂应用到PVC复合材料中并进行阻燃及力学分析。TG测试结果表明,加入阻燃剂使得PVC材料的起始分解温度降低,PVC/Sn-4Zn-1CS/rGO的残炭量较纯PVC提高了12.4%。CCT测试结果表明,PVC/Sn-4Zn-1CS/rGO的PHRR、THR、PSPR和TSP值相较于其他样品明显降低,说明rGO与Sn-4Zn-1CS具有良好的协同作用,有效地提高了PVC复合材料的阻燃抑烟性能。力学性能测试结果表明,PVC/Sn-4Zn-1CS/rGO的断裂伸长率为514%,可以与纯PVC媲美,相比较于Sn-Zn也有较大的提升;同时其冲击韧性达到10.51 kJ/m~2,相比纯PVC提升了37.7%。CS充分发挥了阻燃剂与PVC基体之间的桥联作用,rGO进一步提升了PVC复合材料的韧性。