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研究纳米硼酸锌及铝型材工业废渣作为阻燃剂的阻燃性能,并探究两者的协同效应,制备新型无机复合阻燃剂。利用共沉淀的方法,成功制备了硼酸锌纳米结构材料。利用X-射线衍射、热重-差示量热、扫描电子显微镜、极限氧指数以及锥形量热等分析手段对纳米硼酸锌、铝型材工业废渣和复合阻燃剂的成分、结构、形貌以及其相关阻燃性能进行了表征,并探讨了其形成机理,取得了如下研究成果:
1)以Zn(NO3)2·6H2O和Na284O7π10H2O为原料,通过共沉淀法在700℃煅烧2个小时的条件下制得了分散性好的粒径小且均匀的Zn4B6O13纳米粒子。所制备的纳米Zn4B6O13的平均粒径为30~45nm。该纳米硼酸锌对桦木粉及聚丙烯(PP)具有良好的阻燃性能。在桦木粉中的添加量为10%时,300℃时其残炭率为78.18%,比空白样木粉提高了19.95%;其木粉极限氧指数为38.7,比空白样木粉的氧指数提高了31%;添加量为30%时,阻燃PP的极限氧指数达比纯PP提高了22.1%;试样热残余量达到42.2%;从SEM分析可知阻燃PP复合材料燃烧可形成致密的珊瑚状炭层,起到隔热、隔气作用,阻止聚合物进一步燃烧。
2)以氢氧化铝为主要成分的铝型材废渣对桦木粉及聚丙烯(PP)具有一定的阻燃效果。300℃时,10%铝型材废渣的桦木粉的残炭率为68.72%,比空白样的残炭率提高了15.3%,比添加10%纳米硼酸锌桦木粉的残炭率降低了12.1%;该阻燃桦木粉的极限氧指数是为30.3,比空白样提高了11.9%。在500℃且在聚丙烯(PP)中的添加量为30%时,其阻燃PP燃烧后的残余量是16.9%,比纳米硼酸锌降低了降低了60%。
3)以氢氧化铝为主要成分的铝型材废渣与纳米硼酸锌复合的新型无机阻燃剂对桦木粉及聚丙烯(PP)具有良好的阻燃效果。可弥补铝型材废渣的阻燃缺陷。当铝型材废渣与纳米硼酸锌以4:1的比例复合填充聚丙烯时,其阻燃PP的综合力学性能较好,且阻燃效果明显。其极限氧指数为21.8,500℃时阻燃PP的残余量为28.5%,且通过SEM观察分析得出,其阻燃PP燃烧后形成了致密的树枝状结构的硬质炭层。
把铝型材废渣与纳米硼酸锌制备新型复合无机阻燃剂,不仅变废为宝,具有环保可持续发展的意义,还为铝型材废渣开辟了一条新的用途。