皮革阻燃用镁铝氢氧化物粒子表面化学改性及机理研究

主要研究镁铝氢氧化物阻燃剂表面化学改性及其在阻燃皮革中的应用。首先采用硅烷偶联剂对镁铝氢氧化物粒子进行表面预处理；然后引入酰氯或酰溴大分子引发剂；最后引入单体，在粒子表面进行原子转移自由基聚合，从而在阻燃剂表面引入聚合物刷。.本研究关键性问题是在镁铝氢氧化物粒子表面引入的聚合物刷的结构设计与控制。根据"结构-阻燃效果"的构效关系，进行实验方案的设计、实施，控制聚合物刷的相对分子量、分子中相关基团的合理分布以及比例关系，本实验采用原子转移自由基聚合法，通过调节引发剂、单体的种类和用量及配比、加料顺序等方法来调控聚合物刷的结构；.通过现代仪器和化学分析，分析引入聚合物刷的镁铝氢氧化物粒子和胶原生物大分子之间相互作用的化学和物理结合方式，研究镁铝氢氧化物粒子表面的聚合物刷对皮胶原生物大分子网络结构的相互作用机理及其规律，总结聚合物刷的结构与阻燃效果的构效关系，建立阻燃机理。

为解决氢氧化镁阻燃剂与皮革相容性差、结合不牢、不耐水洗等问题，本项目在成熟的原子转移自由基聚合（ATRP）理论的基础上，首次通过可控的原子转移自由基聚合方法，将功能性聚甲基丙烯酸缩水甘油酯（PGMA）接枝到氢氧化镁粒子表面，从而在氢氧化镁表面引入聚合物刷。本项目首先应用硅烷偶联剂对氢氧化镁粒子进行表面预处理，然后在氢氧化镁粒子表面引入酰溴引发剂，最后引发GMA单体在氢氧化镁粒子表面进行原子转移自由基聚合。.本项目对比分析了“一步法”和“两步法”对氢氧化镁大分子引发剂表面的引发剂密度的影响，通过红外光谱分析（FTIR）、热失重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱分析（XPS）表明，“两步法”制备的大分子引发剂的引发剂密度更高，大分子引发剂表面溴原子含量由0.48%增大到1.75%，并且“两步法”制备的大分子引发剂表面包覆了一层聚合物，轮廓变得圆滑。.室温下采用ATRP方法在Mg(OH)2粒子表面接枝聚合GMA单体，凝胶渗透色谱（GPC）分析表明，GMA单体在Mg(OH)2粒子表面的聚合是线性可控的。通过调整聚合反应时间和单体初始浓度获得了不同聚合物接枝率、不同聚合物包覆层厚度、不同聚合物分子量的氢氧化镁复合粒子[Mg(OH)2-g-PHEMA-PGMA]。聚合反应时间为300 min时，氢氧化镁粒子表面的聚合物接枝率和聚合物包覆层厚度分别线性增大到116.6%和197.6 nm。聚合物分子量控制在5700g/mol -14000g/mol之间，且分子量分布较窄。.将改性后的氢氧化镁粒子填加到皮革中，采用氧指数、垂直燃烧和烟密度测试其阻燃性能，结果表明，Mg(OH)2-g-PHEMA-PGMA复合粒子能有效提高皮革氧指数，随Mg(OH)2表面聚合物分子量增加，氧指数先增大后减小，在分子量为6500g/mol时氧指数达到最大37.6；同时，改性后的氢氧化镁能显著减小皮革无焰燃烧时间和降低皮革燃烧烟密度。