环境友好阻燃纳米复合材料界面结构设计及其性能研究

Magnesium hydroxide,being an environment-friendly flame retardant, possesses flame retardant,smoke suppressing and filling functions.Owing to its high loading and worse compatibility,however,its application is restricted.This project proposes a novel method to make magnesium hydroxide be an reactionary flame retardant rather than additive one by grafting nanoscaled magnesium hydroxide to the macromolecular chains of polyethylene terephthalate (PET) through its own hydroxylgroups,so that the flame retardant nano-composites can be obtained with a flexible interfaces. The grafting can be carried out without the surface modification of nanoscaled magnesium hydroxide,achieving its uniform dispersion and great compatibility in the PET matrix.The magnesium hydroxide grafted on the PET molecular chains favors char formation of matrix effectively to enhance its flame retardant efficiency.Thus the loading of magnesium hydroxide can be greatly decreased.The formation of the flexible interface between magnesium hydroxide and PET matrix can ensure the good mechanical and processing properties of composites. Via this project, the effect of the interfacial structure between the functional phase and the matrix on the thermal,mechanical and flame retardant properties of composites will be revealed and the flame retardant mechanism of magnesium hydroxide grafted to the PET molecular chains will be further investigated.This project will provide the theoretical support and experimental data for the enhancement of flame retardant efficiency of magnesium hydroxide and its application fields.

绿色环保型氢氧化镁阻燃剂兼具阻燃、抑烟和填充功能，但因填充量大、与高聚物基体相容性差等缺陷使其应用受到极大限制。本研究提出一种利用纳米氢氧化镁自身羟基进行分子结构设计将其接枝到聚对苯二甲酸乙二醇酯分子链上，使其由添加型转变为反应型阻燃剂，以获得具有柔性界面的阻燃纳米复合材料新思路。该方法无需对纳米氢氧化镁实施表面改性即可完成接枝，实现其在基体材料中的均匀分散和良好相容性；分子链上接枝的纳米氢氧化镁能够更高效地促进基体成炭而提高其阻燃效率，可以大幅度降低氢氧化镁的添加量；而柔性界面的构建有助于保证基体材料获得良好的力学性能和加工性能。通过该项目的研究，揭示功能相与基体相界面相互作用方式的异同对复合材料热学、力学和阻燃性能的影响规律；探寻氢氧化镁在柔性接合界面方式下的阻燃机理；为提高氢氧化镁阻燃效率及扩大其应用领域提供理论研究依据和实验数据支持。

绿色环保型氢氧化镁阻燃剂兼具阻燃、抑烟和填充功能，但因填充量大、与高聚物基体相容性差等缺陷使其应用受到极大限制，同时还会对高聚物基体的力学性能造成较大的破坏。本研究提出了一种利用纳米氢氧化镁自身镁羟基进行分子结构设计将其接枝到聚对苯二甲酸乙二醇酯分子链上，使其由添加型转变为反应型阻燃剂，以获得具有柔性接合界面的阻燃纳米复合材料新思路。该方法无需对纳米氢氧化镁实施表面改性即可完成接枝，实现其在基体材料中的均匀分散和良好相容性；分子链上接枝的纳米氢氧化镁能够更高效地促进基体成炭而提高其阻燃效率，可以大幅度降低氢氧化镁的添加量；而柔性界面的构建有助于保证基体材料获得良好的力学性能和加工性能。本课题的创新性就在于利用氢氧化镁自身镁羟基与对苯二甲酸在溶剂中发生反应，得到有机氢氧化镁，该产物与氢氧化镁相比，具有更高的热稳定性，同时具有能够参与聚酯合成反应的羧基，因而能够将其接枝到聚酯高分子长链上，实现了氢氧化镁无机材料与聚酯有机高分子的柔性接合界面，获得分子尺度上的有机无机杂化材料，不仅能够有效提高氢氧化镁的阻燃作用，而且可以解决添加型阻燃剂在基体中的分散性和相容性问题。该项目发表学术论文11篇，其中SCI收录7篇，EI收录1篇；授权国家发明专利5项，申请国家发明专利7项；培养硕士研究生6人，其中毕业4人，在读2人。