纳米炭黑/过渡金属氧化物组合催化剂对聚烯烃碳化反应的调控作用及阻燃机理研究

The development of novel flame retardants with synergistic effect and their action mechanism has been one of the most important topics in the area of polymer materials. In our project, nanosize carbon black and transition metal oxides will be employed as combined catalysts to control the catalytic carbonization reaction of polyolefin materials. The matching principle of the combined catalysts and its effect on the degradation of polyolefin and the carbonization of degradation products will be investigated. The relationship among the composition of composites, the catalytic carbonization process, and flame retardance of materials will be studied. Furthermore, the synergistic mechanism between catalytic carbonization and the effect of nanosize flame retardant will be discussed. All of these will be helpful for the design and application of novel efficient flame retardants.

新型协同阻燃剂的开发及其阻燃机理是当前高分子材料领域的重要研究课题之一。本项目以聚烯烃为研究对象，选择纳米碳黑和过渡金属氧化物作为组合催化剂来调控其催化碳化反应，深入研究组合催化剂的匹配性及其在聚烯烃降解反应和降解产物成炭反应中的作用，阐明复合材料的组成-催化碳化行为-阻燃性能之间的关系，揭示催化成炭阻燃/纳米阻燃间的协同作用机理，为新型高效阻燃剂的设计和应用提供理论指导和实验依据。

随着人们对消防安全的日益重视，高分子材料的阻燃研究得到快速发展。 新型协效阻燃剂的开发及其阻燃机理已成为当前的重要研究课题。利用聚合物自身的催化碳化反应来提高材料的阻燃性能被认为是一种新型的阻燃策略。本项目首先以聚烯烃为研究对象，选择纳米碳黑和过渡金属氧化物作为组合催化剂来调控其催化碳化反应，研究了组合催化剂的匹配性及其在聚烯烃降解反应和降解产物成炭反应中的作用，分析了复合材料的组成-催化碳化行为-阻燃性能之间的关系，揭示了催化成炭阻燃/纳米阻燃间的协同作用机理。同时，还研究了纳米碳黑和含镍氧化物组合在极性聚合物体系（如：聚乳酸，聚丁二酸丁二醇酯）中的催化碳化和阻燃行为，结果表明这一组合同样可以催化碳化极性聚合物成炭，并提高其阻燃性能。随后，我们通过对比实验，分析了纳米碳黑在催化体系中的活性点和作用机理。最后，研究了纳米碳黑单独作为纳米阻燃剂或者与其它纳米材料组合在聚合物中的阻燃作用。该项目对于高性能聚合物复合材料的开发以及新型高效阻燃剂的设计和应用具有重要指导意义。项目执行以来，已经发表SCI论文10余篇，3篇文章在投稿中，还有2项发明专利正在申请准备中。