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時獻研讀12 | 復旦大學倪秀元教授:UV固化環氧材料環境不穩定?將多元醇加載到粘土納米管中試試

  紫外光固化環氧材料在涂料、電子工業和三維印刷技術等領域都有廣泛應用,然而,高可燃性是材料存在的主要問題之一。在燃燒過程中,殘留在UV固化材料中的光引發劑可以產生活性自由基,加速了聚合物的燃燒降解進程。膨脹型阻燃劑常用于UV固化環氧材料阻燃性能,但缺點在于作為碳源的多元醇吸水性太強,影響環氧材料的機械性能。

  對此,復旦大學倪秀元教授及其課題組鄭天成博士采用將多元醇加載到黏土納米管中的方式,有效改善了多元醇的吸濕性,并成功制備環境穩定的UV固化環氧材料。



  埃洛石納米管(HNTs)在極性聚合物中具有良好的相容性,常被用作納米載體,且HNT在燃燒過程中可形成網絡結構,有利于阻燃性能的提升。在這項研究中,研究者首先通過真空吸附法制備改性埃洛石管(HNT-P),即通過超聲處理用季戊四醇(PER)溶液取代了HNT的管腔中的空氣,以PER裝載HNT。再將APP和HNT-P以不同比例加入UV可固化環氧樹脂(EP)中。通過連續攪拌來制備均勻的混合物,即EP / HNT-P復合材料。此外,研究者還通過普通添加PER和HNT的方式制備了EP / HNT / PER復合材料;以便于后期進行HNT-P復合材料和HNT和PER直接加入復合材料防潮性能。

 

  研究者對復合材料的燃燒性能與吸濕性進行測試分析:

  純EP、EP / HNT-P及EP / HNT / PER復合材料的組成與LOI測試結果列于如表III。純EP的LOI值僅為18,具有高易燃性;APP / HNT-P(EP / HNT-P)UV固化環氧樹脂,隨著APP / HNT-P添加量的增加,LOI值明顯增加,35wt%的APP / HNT-P添加量時,EP / HNT-P的LOI值可達28.2。而簡單共混EP / HNT / PER復合材料LOI僅為20左右。結果表明了HNT-P中兩組分良好的協同阻燃效果。


 

  此外,CC測試結果顯示,相比于純EP, 25wt%添加量的EP2的TTI由24s升至33s,pHRR和THR分別從1002.4 kM/m2和104.1 MJ/m2下降到562 kM/m2和51.8 MJ/m2 ,顯示出較低的可燃性。APP / HNT-P在燃燒過程中可能發生了如下反應,導致燃燒性能的提升。

 

  測試材料最大吸濕率(Mmax-m)表征材料的吸濕性(圖5),相較于EP / HNT / PER,40℃時,EP / HNT-P的Mmax-m從2.08wt%下降到0.87wt%,下降58.2%。升溫至85℃時,由5.68wt%降為2.90wt%,下降48.9%。此外,85℃時吸水性(圖6)測試,最大吸水率(Mmax-w)由EP / HNT / PER的7.83wt%降為EP / HNT-P的6.42wt%。結果表明EP / HNT-P復合材料比EP / HNT / PER復合材料具有更好的耐濕性和耐水性。

 

 

  最后,研究者通過DMA測試EP / HNT / PER和EP / HNT-P添加兩種復合材料的儲能模量,前者由于PER親水性導致樹脂軟化,后者由于親水性PER已經被加載到HNT中,因此軟化影響降低。結果表明使用HNT-P可有效抑制PER的吸水性。

  整體來說,這篇關于將PER裝載HNT并與APP協同改性紫外線固化環氧樹脂阻燃與耐水性的研究,結果還是很成功的。通過將PER裝載在中空納米管中形成新結構有效緩解了多元醇類的濕度敏感性等問題。

 

 

 

 

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