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硼酸钙是一种有效且价廉的无机阻燃剂,具有热稳定性高、无毒、消烟、不污染环境和永久阻燃等优点。但是,由于硼酸钙的粒径相对较大,在基质中很难分散,限制了其在工业上的应用。研究发现不同形貌和尺寸的硼酸盐对聚合物的阻燃性影响很大;并且发现如果将纳米硼酸盐阻燃剂与其它阻燃剂制备成纳米复合材料,则既可以明显减少添加量又能显著提高其阻燃性能,表现出协同阻燃效果。到目前为止,有关硼酸钙纳米材料与其他阻燃剂形成的纳米复合阻燃材料的制备及性能研究还鲜有报道。所以,开展有关硼酸钙纳米材料及其纳米复合材料的制备、表征及其阻燃性能的研究具有很重要的现实意义。本文采用水热法分别制备了不同形貌和尺寸的硼酸钙2CaO·3B203·H20、CaO·4B2O3·2H20纳米材料及CaO·4B2O3·2H20-SiO2纳米复合材料。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、X射线能谱分析(EDS)、热分析(TGA)、冷场发射扫描电镜(FESEM)和能量色散X-射线荧光光谱仪(EDX)等手段对产物进行了表征,采用热分析及氧指数法对其阻燃性能进行了研究。具体内容如下:(1)以复盐K2Ca[B4O5(OH)4]2·8H20和H3B3为原料,在水热240 ℃条件下可控制备出2CaO·3B203·H20纳米带;以(Ca(OH)2)和H3BO3为反应物,在240℃分别反应12 h和24 h,制备出了 2CaO·3B203·H20束状纳米结构和非纳米扇形结构。进行了多组对比实验,探究了超声、浓度、原料配比、表面活性剂、溶液pH和反应温度等实验条件对其形貌及尺寸的影响。(2)以CaC12和H3B03为反应物时,在170 ℃条件下可控制备出CaO·4B203·2H20纳米片;当溶剂为二甲基甲酰胺时,制备出CaO·4B203·2H20纳米叶片;当反应物为Ca(OH)2 H3B03时,在170 ℃条件下制备出CaO·4B203·2H20纳米带。考察了钙源、溶剂种类、溶剂体积和反应温度等实验条件对其形貌及尺寸的影响。(3)以CaCl2、H3BO3以及用Stober法制出的无定形二氧化硅胶体为原料,在170 ℃下,通过原位反应制备了一种新型的CaOC·4B2O3·2H20-SiO2纳米复合材料,其中的SiO2纳米球通过自组装过程负载在Ca0·4B203·2H20纳米片上。通过热分析法和能量色散型能谱仪分别测出了复合样品的含量,两者的测试结果相一致。提出了 CaO·4B203·2H20-Si02纳米复合材料的可能形成机理。(4)采用热分析法(TG,DSC以及非等温热分解动力学方法)及氧指数法,对制备的不同形貌和尺寸的硼酸钙2CaO·3B203·H20、CaO·4B203·2H20纳米材料以及CaO·4B203·2H20-Si02纳米复合材料对聚丙烯的阻燃性能进行了研究。实验结果表明,纳米材料的尺寸越小,形貌越均匀,其阻燃性能越好;CaO·4B2OO3·2H20-SiO2纳米复合材料的阻燃性优于单一组分样品以及同组成的CaO·4B2O3·2H20和SiO2物理混合样品,表现了较好的协同阻燃作用。评估了CaO·4B2O3·2H20-Si02/聚丙烯复合材料的力学性能,提出了 CaO·4B203·2H20-SiO2纳米复合材料的阻燃机理,预测可以作为一种潜在的聚合物阻燃剂。