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时献研读12 | 复旦大学倪秀元教授:UV固化环氧材料环境不稳定?将多元醇加载到粘土纳米管中试试

  紫外光固化环氧材料在涂料、电子工业和三维印刷技术等领域?#21152;?#24191;泛应用,然而,高可燃性是材料存在的主要问题之一。在燃烧过程中,残留在UV固化材料中的光引发剂可以产生活性自由基,加速?#21496;?#21512;物的燃烧?#21040;?#36827;程。膨胀型阻燃剂常用于UV固化环氧材?#29486;?#29123;性能,但缺点在于作为碳源的多元醇吸水性太强,影响环氧材料的机械性能。

  ?#28304;耍?#22797;旦大学倪秀元教授及其课题组郑天成博士采用将多元醇加载到黏土纳米管中的方式,有效?#32435;?#20102;多元醇的吸湿性,并成功制备环境稳定的UV固化环氧材料。



  埃洛石纳米管(HNTs)在极性聚合物中具有良好的相容性,常被?#31859;?#32435;米载体,且HNT在燃烧过程中可形成网络结构,有利于阻燃性能的提升。在这项研究中,研究者首先通过真空吸附法制备改性埃洛石管(HNT-P),即通过超声处理用季戊四醇(PER)溶液取代了HNT的管腔中的空气,以PER装载HNT。再将APP和HNT-P以不同比例加入UV可固化环氧树脂(EP)中。通过连续搅拌来制备均匀的混合物,即EP / HNT-P复合材料。此外,研究者还通过?#32960;?#28155;加PER和HNT的方式制备了EP / HNT / PER复合材料;以便于后期进行HNT-P复合材料和HNT和PER直接加入复合材料防潮性能。

 

  研究者对复合材料的燃烧性能与吸湿性进行测试分析:

  纯EP、EP / HNT-P及EP / HNT / PER复合材料的组成与LOI测试结果列于如表III。纯EP的LOI?#21040;?#20026;18,具有高易燃性;APP / HNT-P(EP / HNT-P)UV固化环氧树脂,随着APP / HNT-P添加量的增加,LOI值明显增加,35wt%的APP / HNT-P添加量时,EP / HNT-P的LOI值可达28.2。而简单?#19981;霦P / HNT / PER复合材料LOI仅为20左右。结果表明了HNT-P中两组分良好的协同阻燃效果。


 

  此外,CC测试结果显示,相比于纯EP, 25wt%添加量的EP2的TTI由24s升至33s,pHRR和THR分别从1002.4 kM/m2和104.1 MJ/m2下降到562 kM/m2和51.8 MJ/m2 ,显?#22659;黿系?#30340;可燃性。APP / HNT-P在燃烧过程中可能发生了如?#36335;?#24212;,导致燃烧性能的提升。

 

  测试材?#29486;?#22823;吸湿率(Mmax-m)表征材料的吸湿性(图5),相较于EP / HNT / PER,40℃时,EP / HNT-P的Mmax-m从2.08wt%下降到0.87wt%,下降58.2%。升温至85℃时,由5.68wt%降为2.90wt%,下降48.9%。此外,85℃时吸水性(图6)测试,最大吸水率(Mmax-w)由EP / HNT / PER的7.83wt%降为EP / HNT-P的6.42wt%。结果表明EP / HNT-P复合材料比EP / HNT / PER复合材料具有更好的耐湿性和耐水性。

 

 

  最后,研究者通过DMA测试EP / HNT / PER和EP / HNT-P添加两种复合材料的储能模量,前者由于PER亲水性导致树脂软化,后者由于亲水性PER已经被加载到HNT中,因此软化影响降低。结果表明使用HNT-P可有效抑制PER的吸水性。

  整体?#27492;擔?#36825;篇关于将PER装载HNT并与APP协同改性紫外线固化环氧树脂阻?#21152;?#32784;水性的研究,结果还是很成功的。通过将PER装载在中空纳米管中形成新结构有效缓解了多元醇类的湿度敏?#34892;?#31561;问题。

 

 

 

 

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