富勒烯在聚乙烯/金属氢氧化物复合材料中的协同阻燃作用研究

Metal hydroxide is one of the most eco-friendly flame retardants. However, the flame retardant efficiency of metal hydroxide is very low. The amount added in order to achieve satisfactory flame retardant property is great, thus significantly reducing the mechanical properties and processing performance of the polymer. In this project, we will prepare highly dispersed polyethylene / fullerene / metal hydroxide composites by physical or chemical modification of fullerene. The phase morphology, dynamic rheological behavior, thermal degradation behavior, chemicals released during thermal degradation process and char residue of the composites will be studied. Combining synergistic flame retardant behavior between metal hydroxide and other radical scavengers, we will reveal the synergistic flame retardant mechanism and propose a model for radical scavengers / metal hydroxides synergistic flame retardant polyethylene. Furthermore, other inexpensive synergist compounds, which also have radical scavenging ability like fullerene, will be used together with metal hydroxides to effectively reduce the amount of flame retardants added, so as to improve the mechanical properties and processing performance of flame retardant polyethylene. Results of this project will provide theoretical guidance for the development of new eco-friendly flame retardant polyethylene.

金属氢氧化物是最环保的阻燃剂之一。但是单一的金属氢氧化物阻燃效率低， 为了达到令人满意的阻燃效果所需的添加量极大，从而大大降低了聚合物的力学性能和加工性能。本项目采用物理或化学改性方法制备高度分散的聚乙烯/富勒烯/金属氢氧化物纳米复合材料，通过相形态、动态流变行为、热降解行为、热降解过程中化学成分跟踪和残炭分析， 结合其它自由基捕捉剂（具有自由基捕捉功能的协效剂）与金属氢氧化物的协同阻燃作用研究，揭示自由基捕捉剂/金属氢氧化物协同阻燃聚乙烯的作用规律和协同阻燃机理，提出协同阻燃模型。在此基础上，优选价格适中的自由基捕捉剂与金属氢氧化物复配，综合阻燃性能、力学性能、加工性能的研究，在满足阻燃性能的前提下，有效降低阻燃剂的总添加量，改善阻燃聚乙烯的力学性能和加工性能，为新型环保阻燃聚乙烯的开发提供理论指导。

金属氢氧化物是最环保的阻燃剂之一。但是单一的金属氢氧化物阻燃效率低，为了达到令人满意的阻燃效果所需的添加量极大，从而大大降低了聚合物的力学性能和加工性能。本项目采用物理或化学改性方法制备高度分散的聚乙烯/富勒烯/金属氢氧化物纳米复合材料，通过相形态、动态流变行为、热降解行为、热降解过程中化学成分跟踪和残炭分析，结合其它自由基捕捉剂（具有自由基捕捉功能的协效剂）与金属氢氧化物的协同阻燃作用研究，揭示自由基捕捉剂/金属氢氧化物协同阻燃聚乙烯的作用规律和协同阻燃机理。即：自由基捕捉剂在凝聚相中捕捉聚乙烯降解产生的活性大分子自由基，延缓了链式降解过程，而金属氢氧化物的分解产物覆盖在材料表面，阻止活性大分子自由基向气相的溢出，使自由基捕捉剂能更高效地在凝聚相捕捉活性大分子自由基，从而实现抑烟减毒阻燃聚合物的目标。应用该原理，分别以价格低廉的科琴黑、纳米炭黑等替代富勒烯与氢氧化铝复配，同样取得良好的协同阻燃效应，部分体系的协同效率甚至超过富勒烯。如，加入1phr的纳米炭黑即可使PE-120ATH达到UL 94 V0级。在满足阻燃性能的前提下显著降低金属氢氧化物的添加量，改善阻燃聚烯烃的力学性能和加工性能。此外，还合成了多种具有自由基捕捉功能的稀土化合物，对聚碳酸酯等聚合物具有良好的阻燃抑烟作用。这些结果为新型环保阻燃聚烯烃材料的开发提供理论指导。.项目实施期间，发表SCI收录论文15篇，在国际学术会议上作口头报告3次、国内学术会议作口头报告2次、墙报3篇，申请发明专利8项（其中授权4项）。培养毕业博士研究生2人（潘燕群，苏昱恺），硕士研究生2人（王子路，陈秋男）。项目负责人方征平获浙江省劳动模范荣誉称号，项目组成员郭正虹入选浙江省高校领军人才培养计划（高层次拔尖人才）、宁波市领军拔尖人才（二层次），冉诗雅晋升为副教授，入选浙江省高校领军人才培养计划（青年优秀人才）、宁波市领军拔尖人才（三层次）。