树枝形阻燃抑烟层状硅酸盐的结构设计、可控制备及应用

聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是未来清洁、无卤、高效阻燃材料的一个重要发展方向。作为层状硅酸盐的蒙脱土，是否协效阻燃改性并呈纳米片层状分散是其在聚合物中高效阻燃和有效补强的关键。利用树枝形阻燃聚合物改性蒙脱土有望解决这一问题。通过在树枝形聚合物中引入具有阻燃、抑烟、催化成炭效果且能与蒙脱土片层产生协同效应的磷、氮、硼元素以及路易酸结构，弥补蒙脱土不能显著提高聚合物阻燃、抑烟效果的缺陷。该技术的关键是树枝形阻燃聚合物结构参数的精确设计以及分子链的可控生长。.本项目拟采用含磷、氮元素单体制备树枝形阻燃聚合物，研究树枝形聚合物的代数与蒙脱土层间距和阻燃性能的关系。在树枝形阻燃聚合物表面接枝含硼和路易斯酸的金属化合物，提高阻燃剂的抑烟和催化成炭能力。将阻燃剂应用到三元乙丙橡胶中，研究体系的阻燃、抑烟、热学、力学等物理机械性能。深入研究阻燃剂在体系中的阻燃和抑烟机理，为其推广应用奠定坚实的理论基础。

火灾给人类带来的灾害是惨重的，损失是巨大的。随着城市建设的发展，火灾损失呈上升趋势。聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料是阻燃材料发展的一个重要方向。层状硅酸盐的有机阻燃改性是其在聚合物中高效阻燃和有效补强的关键。利用树枝形阻燃聚合物改性层状硅酸盐有望解决这一问题。 .本课题进行了七个方面的研究工作：.（1）以具有一定阻燃效果的六氯环三磷腈、热稳定性能高的离子液晶型季铵盐和含阻燃元素的四羟甲基氯化磷，作为树枝形聚合物的起始核，制备系列树枝形阻燃聚合物。测试结果表明该系列树枝形阻燃聚合物特性粘度低，分子量可控，热稳定性能高。.（2）以季戊四醇、膨胀型阻燃剂为核，制备系列超支化阻燃聚合物。该超支化聚合物属树枝形聚合物的特殊形式，制备过程简单，分子量大，热稳定性能高，与聚合物相容性好。.（3）采用甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、N,N,N-三（2-羟乙基）-N-十二烷基溴化铵、四羟甲基氯化磷等有机插层剂对层状硅酸盐进行有机改性，制备有机层状硅酸盐。测试结果证明，该有机层状硅酸盐层间距较大，最高可达1.64nm，有的甚至形成剥离片层结构，热稳定性能较高，热失重中心温度可达400℃以上。.（4）采用树枝形阻燃聚合物及硼酸作为接枝物，对有机层状硅酸盐进行改性，制备树枝形阻燃层状硅酸盐。测试结果证明，该阻燃剂基本呈剥离片层结构，热稳定性能较高，热失重中心温度可达400℃以上，残余物可达70%以上，与聚合物的相容性好。.（5）采用超支化阻燃聚合物及磷酸修饰层状硅酸盐，成功制备了超支化层状硅酸盐阻燃剂。该阻燃剂含插层及部分剥离片层结构，热稳定性能较高，热失重起始温度达285℃，残余物达79%。.（6）将树枝形层状硅酸盐阻燃剂加入橡胶基体中，制备阻燃复合材料。测试结果表明，复合材料的拉伸强度可提高150%以上，断裂伸长率可提高40%左右，最大失重速率明显降低，水平燃烧速率降低30%，热释放速率及总热释放量明显降低，烟释放量、CO和CO2的生成量也明显减少。.（7）将超支化层状硅酸盐阻燃剂加入橡胶基体中，制备阻燃复合材料。测试结果表明，复合材料的水平燃烧时间提高了110%，力学和耐磨等性能都得到了改善。.总之，采用含磷、氮、硼元素单体制备的树枝形和超支化层状硅酸盐阻燃剂，具有优良的热稳定性能，和聚合物的相容性好，将其应用到橡胶中，可制备出力学性能佳、耐热性能优及阻燃性能好的橡胶复合材料。