納米檸檬酸鋅的制備及其阻燃性能研究

納米檸檬酸鋅的制備及其阻燃性能研究

0無機阻燃劑的應(yīng)用硼酸鋅阻滯劑是一種新型、性能優(yōu)良的阻滯劑。外觀呈白色結(jié)晶粉末，具有良好的穩(wěn)定性、薄粒、無菌等優(yōu)點。它是一種高效的阻滯劑之一。目前硼酸鋅產(chǎn)品一般為微米級,添加到成品中存在著成型加工困難和物理性能降低的問題,并且其阻燃性能尚待提高,然而將無機阻燃劑超細化,可以很好地改善并提高復(fù)合物的力學和阻燃性能。本論文以Zn(NO3)2·6H2O和Na4B4O7·10H2O為原料,采用共沉淀法制備納米硼酸鋅阻燃劑,探討實驗制備納米硼酸鋅阻燃性能,并與微米硼酸鋅阻燃劑作木材阻燃性能的對比研究。1實驗1.1木粉的表征與燃燒性能測試硼砂(Na4B4O7·10H2O),天津化學試劑公司;硝酸鋅(Zn(NO3)2·6H2O),北京試劑廠;均為分析純試劑。硼酸鋅:市售微米級,平均粒徑約為1.9μm.木粉:西南樺木,在50℃以下干燥6h,粉碎成60目以下木粉。用德國LEO公司LEO1530VP型掃描電子顯微鏡(SEM)對樣品進行形貌分析;用日本理學公司的D/max-ⅢA型X-射線衍射儀(XRD)(鈷靶,掃描電壓為40kV,掃描電流為40mA,使用水平單色器,掃描步長為0.01°,掃描范圍為5-90°)對其進行成分和物相分析;極限氧指數(shù)在HC-2型氧指數(shù)測定儀(江寧縣分析儀器廠)按國家標準GB2406-93塑料燃燒性能試驗方法——氧指數(shù)法進行。市售微米硼酸鋅的粒徑用美國歐美克科技有限公司LS-601型激光光散射粒度分布儀測定。1.2znno325.2o溶液的制備稱取摩爾比為1:1的Zn(NO3)2·6H2O和Na4B4O7·10H2O,分別溶解于去離子水中,并分別攪拌使各自均勻溶解。然后將Na4B4O7·10H2O溶液置于定時恒溫磁力攪拌機攪拌直至完全溶解后,將溶解后的Zn(NO3)2·6H2O溶液滴加到Na4B4O7·10H2O溶液中,待兩種溶液充分混合后,在一定溫度下恒溫攪拌30分鐘以上。攪拌結(jié)束后將沉淀物抽濾洗滌,然后放入恒溫烘箱烘干6-8個小時。然后置于高溫箱式電阻爐中煅燒2個小時,并隨爐冷至室溫。1.3樺木粉混合法按質(zhì)量比為1:9的比例用電子天平準確稱量自制和市售硼酸鋅各0.100g,加入0.900g樺木粉,然后裝入已恒重的坩鍋中充分混合均勻;同時稱量一個1.000g樺木粉空白樣,做對照實驗,將其放入箱式電阻爐里灼燒30min,取出冷卻至室溫,分別用電子天平稱量,記錄殘?zhí)苛俊?結(jié)果與討論2.1樣品的尺寸統(tǒng)計由產(chǎn)物的粉末X-射線衍射圖(見圖1)可見,產(chǎn)物的XRD曲線具有明顯特征衍射峰。所有的衍射峰都指標化為純相的Zn4B6O13(JCPDFNo:27-1487),沒有觀察到如B2O3,ZnO,B等的雜峰。其晶胞參數(shù)為a=7.473?,b=7.473?,c=7.473?.根據(jù)謝樂公式Dhkl=kλ/β(2θ)cosθ(λ是波長,k=0.89,θ是衍射角,β是半峰寬),計算所得樣品的直徑大約是45nm.且晶粒大小反比于半峰寬,尖銳峰對應(yīng)于較大的晶粒,硼酸鋅的衍射峰比較尖銳,說明其結(jié)晶較好。產(chǎn)物的能量散射X-射線能譜(EDX)分析,產(chǎn)物僅有Zn、B和O存在,在樣品表面沒有其它物質(zhì)檢出,說明樣品是純的硼酸鋅。2.2x-射線衍射分析圖2表示共沉淀法制備納米硼酸鋅的SEM圖,由圖可見,產(chǎn)物的平均粒徑為30-60nm,這與X射線衍射分析的結(jié)果吻合;另外,無團聚現(xiàn)象,分散均勻,晶型為不規(guī)則的球形。2.3納米硼鋅及其阻燃機理圖3是硼酸鋅作為阻燃劑的殘?zhí)苛壳€圖。由圖3可見,納米硼酸鋅阻燃處理的木粉殘?zhí)柯?0.900g樺木粉+0.100g自制硼酸鋅)曲線在市售硼酸鋅阻燃處理(0.900g樺木粉+0.100g市售硼酸鋅)和空白木粉(1.000g樺木粉)曲線上方。結(jié)果表明,納米硼酸鋅阻燃處理的木粉失重小于市售硼酸鋅和空白木粉,在300-450℃時殘?zhí)苛颗c未添加硼酸鋅的樺木粉相比有較大幅度的提高,特別是300℃時,添加10%的硼酸鋅可使其殘?zhí)苛勘任刺砑优鹚徜\的樺木粉提高了19.95%,也比市售硼酸鋅處理的樺木粉提高了14.18%.表明納米硼酸鋅催化木粉分解形成了較多的木炭,對火災(zāi)的蔓延具有抑制作用。硼酸鋅納米粒子的阻燃機理是無水硼酸鋅加熱到500℃時仍然穩(wěn)定存在,延緩基體材料的燃燒。同時,促進木材裂解為具有隔熱隔氣作用的木炭和不能燃燒的水,而不是裂解為易燃的甲烷、乙烷、甲醇及木焦油等物質(zhì),使其燃燒速率降低。阻燃劑的加入改變了木材的分解反應(yīng)歷程和方向,使木材的熱解反應(yīng)朝著生成更多木炭的方向變化。同時所生成的氧化硼熔融后覆蓋在基體上,進一步增加了其阻燃性。而硼酸鋅的粒度分布對材料的阻燃作用有較大影響。阻燃劑的粒徑愈小,比表面積愈大,阻燃效果就愈好。納米微粒本身具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng),因而可以增強界面作用,改善無機物和聚合物的相容性,達到減小用量和提高阻燃性的目的。2.4極限氧指數(shù)計算氧指數(shù)測定參照GB2406-1980標準在HC-2型氧指數(shù)測定儀(江寧縣分析儀器廠)上進行。測試結(jié)果顯示:空白木粉的極限氧指數(shù)為26.7,市售硼酸鋅處理的木粉極限氧指數(shù)為31.2,而自制硼酸鋅處理的木粉的極限氧指數(shù)達到了38.7.由極限氧指數(shù)測試結(jié)果可知,添加納米硼酸鋅阻燃劑后,體系的極限氧指數(shù)較添加市售硼酸鋅體系和空白木粉都有很大的提高,即納米硼酸鋅具有好的阻燃性能。3納米zn4b6o13阻燃性能1.以Zn(NO3)2·6H2O和Na4B4O7·10H2O為主要原料,通過共沉淀法可制備出分散均勻的納米硼酸