高相容性锡酸盐阻燃剂的设计合成及其阻燃机理研究

The compatibility of inorganic flame retardants and polymer material is poor, which lead to the low efficiency and the damage of the mechanics and processing properties of material in the application. This project is through the polymer template control, ultrasound wave dispersion and the supercritical drying method to synthetize the nano needle transition metal stannates which has high hydrophobicity and good compatibility with polymers. The flame retardants preparation and mechanism was studied through the studying of the effect of the type and molecular structure of the template on the morphology of the flame retardants. Compare the new synthesis flame retardants with the commercial flame retardant and used in the polymers such as PVC, PS and epoxy resin. The production process of flame retardants can be guided by the investigation of the effect of flame retardant on the mechanical properties, processing properties and the flame retardant performance. The flame retardant mechanism were studied by study the product in gas phase with the cracking chromatography, TG-MS, and TG-FTIR and by study the morphology, composition and structure of the char residue. This project considering the effect of the surface morphology and properties and microstructure of flame retardants on the compatibility of the flame retardants and polymer matrix, which have high theoretical and application value for guiding the preparation and application of the flame retardant.

无机阻燃剂与高分子材料的相容性差，导致其在应用中，阻燃效率低且不同程度的损害材料的力学及加工性能。本项目拟通过高分子基质调控的方法，以高分子介质的添加及超声分散、超临界干燥技术的应用制备与高聚物相容性好的表面疏水的纳米针状过渡金属锡酸盐，通过研究基质的种类及分子结构对阻燃剂形貌的影响探讨阻燃剂的制备过程及机理。将新合成的阻燃剂与商用阻燃剂对比应用于PVC、PS、环氧树脂等高聚物的阻燃，通过考察阻燃剂对阻燃基体力学性能、加工性能及阻燃性能等的影响，指导阻燃剂的合成过程。通过裂解色谱、热质联用、热红联用研究阻燃材料气相产物的组成，结合扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱及拉曼光谱等对燃烧残炭的形貌、组成和结构等的分析，探讨其阻燃机理。本项目从阻燃剂的制备源头综合考虑了阻燃剂的形貌、表面性能及微观结构对阻燃剂与基体相容性的影响，对于指导高效无机阻燃剂的制备与应用具有重要的理论和应用价值。

在寻求新型、高效无机阻燃剂的研究中，具有多变价态、特殊电子结构的过渡金属锡酸盐，受到广泛关注并获得应用。过渡金属锡酸盐对不同高聚物具有特殊的催化特性以及优异的阻燃消烟性能。但是，不论用共沉淀法、水热法、溶胶凝胶法等何种方法制备的锡酸盐在应用中均存在与基体相容性差的缺点，为了改善阻燃剂与被阻燃基体的相容性，提高阻燃剂的分散性及阻燃效率，通常对阻燃剂进行表面改性处理，这样不但增加了处理工序，提高了成本而且对相容性及阻燃效率的提高并不明显。.本项目通过基质调控的方法，以高分子介质的添加及超声分散、超临界干燥技术的应用制备与高聚物相容性好的过渡金属锡酸盐阻燃剂，研究基质的种类及分子结构对阻燃剂形貌的影响探讨阻燃剂的制备过程及机理。将新合成的阻燃剂应用于PVC、PS、环氧树脂等高聚物的阻燃，考察了阻燃剂对阻燃基体力学性能、加工性能等的影响，研究了阻燃剂的阻燃消烟机理。.结果表明: 以氨水为软模板，在室温下制备ZnSn(OH)6的最佳反应条件为β-CD的用量为9g/L，Zn2+和SnO32-的摩尔比为2:3，反应物浓度为0.3M。球形的ZnSn(OH)6阻燃抑烟效果稍优于无定型阻燃剂。采用超声波辅助的方法，在室温下合成了羟基锡酸锌包覆纤维状碳酸钡（ZHS/BaCO3-F）其对PVC 有很好的阻燃效果，每 100g PVC 中加入 5g ZHS/BaCO3-F 阻 燃 PVC 样品 LOI 值从 27.0%上升到 30.2%，并且没有明显降低 PVC 基体的力学性能。锡酸镧（La2Sn2O7）、铁掺杂锡酸镧（Fe-La2Sn2O7）、锡酸镨（Pr2Sn2O7）和锡酸钕（Nd2Sn2O7）四种稀土锡酸盐作为膨胀阻燃剂的协效剂与APP/PER具有较好的协同阻燃作用，且对PP/IFR （75/25）的力学性能影响甚小。以芦苇叶为原料制备的活性炭为模板，制备的AC-ZnAl2O4具有较好的尖晶石结构，其形貌基本上和活性碳相匹配，应用于PVC的阻燃处理，阻燃及力学等综合性能优异。.本项目从阻燃剂的制备源头综合考虑了阻燃剂的表面形貌、表面性能及微观结构对阻燃剂与基体相容性的影响，对于指导高效无机阻燃剂的制备与应用具有重要的理论和应用价值。