改性介孔二氧化硅的制备及其阻燃协效作用研究开题报告

1. 研究目的与意义

具有纳米尺寸效应的介孔材料因其在吸附、分离、催化等领域具有重要的应用价值而成为研究热点，其形貌、尺寸、孔径、孔道方向等功能化的控制对其性能影响显著。

本论文通过对介孔二氧化硅的烷基化改性，制备得到具有高疏水性、能在生物聚酯中均匀分散、相容性良好的有机改性二氧化硅，然后将其和膨胀型阻燃剂一起添加到生物聚酯聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）(p(3,4)hb）中，优化制备条件和实验方法，探讨有机改性介孔二氧化硅与膨胀型阻燃体系之间的协同阻燃作用。

2. 国内外研究现状分析

聚合物材料在人们的生产生活中有着越来越广泛的应用。然而，不可忽视的是，由于大多数聚合物材料自身易燃，严重制约了其应用领域。因此，必须对聚合物材料进行阻燃改性，提高材料的耐热阻燃性能，使其达到安全使用要求，拓展应用范围。目前已有很多种类的阻燃剂体系得到应用，并已从早期的含卤体系发展到无卤体系，再到膨胀型阻燃体系，阻燃剂研究取得了丰富的成果。然而，传统的阻燃剂中作为炭源使用的组分多为石油裂解后产生的多羟基类化合物，如季戊四醇( per) 等。由于长期以来人类对于化石资源的过度依赖和消耗，不可再生的石油资源日益枯竭，同时基于石油资源的材料的广泛使用也带来了严重的环境污染。随着纳米材料和纳米技术研究的不断深入，无机纳米阻燃体系的研究和开发应用受到越来越多的关注。其中，具有纳米孔径尺寸的介孔材料（其孔径在2nm-50nm 之间）作为一种具有高比表面、高孔隙率的纳米材料，在催化、吸附等方面有着巨大的优势。介孔二氧化硅具有有序、规则且均匀的孔道结构，并具有孔径分布单一、尺寸可以调节等特点，在聚合物材料的增强、阻燃改性方面具有应用前景。

聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）(p(3,4)hb）作为一种可生物降解的聚合物材料，其能够被生物体产生的脂肪酶以及多种 phb 解聚酶降解，同时拥有良好的综合性能，且 p(3,4)hb 能在传统塑料加工机械上进行加工成型，极大的降低了生产成本，符合低碳环保的发展理念，能够广泛应用于药物缓释、器官移植、医疗材料、包装等领域。然而， p(3,4)hb同时还存在着诸多缺点，如结晶度高、分子规整度高导致的材料脆且硬、熔融状态下易分解、易燃和热稳定性差等突出问题。因此，利用无机介孔材料具有纳米尺寸效应的特点，将其添加到p(3,4)hb基体中，在增强基体材料力学性能的同时，协同提高阻燃性能是一种环境友好的有效阻燃方法。同时采用熔融共混的方法将阻燃剂和无机介孔材料添加到基体中制备复合材料，可避免有毒有害的有机溶剂的使用，符合绿色环保以及可持续发展的理念。

参考文献

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：本论文首先采用溶胶-凝胶法制备 介孔二氧化硅（mcm-41），并用 kh550对 mcm-41 进行烷基化改性，改善其与聚合物材料基底的界面相容性。然后通过熔融共混法将改性后的 mcm-41 添加到 p(3,4)hb 基体中制备复合材料。最后借助于多种方法对所制备的复合材料进行表征和测试。具体包括：（1）使用正硅酸四乙酯为硅源，以ctab（十六烷基三甲基溴化铵）为模板剂，制得介孔二氧化硅mcm-41。（2）对获得的介孔二氧化硅进行金属堆积改性和有机改性，制得具有高疏水性、能在生物聚酯中均匀分散、相容性良好的改性二氧化硅。（3）采用熔融共混的方法将其添加到聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基丁酸酯）(p(3,4)hb）中制备复合材料。（4）通过傅里叶红外光谱仪(ftir)、热重仪(tga)、ul-94测试以及极限氧指数（loi）测试，对复合材料进行结构表征与性能测试，考察改性介孔二氧化硅对复合材料阻燃性能的影响。

研究计划： 2016年2月28日3月20日，阅读文献、撰写开题报告

2016年3月21日4月20日，材料的制备及结构表征和性能测试

4. 研究创新点

通过对介孔二氧化硅进行烷基化和金属堆积改性，能提高其与聚合物的界面相容性，利用纳米粒子协同阻燃，可同时增强聚合物基体材料。

另外，采用熔融共混法制备复合材料，避免使用有机溶剂，符合绿色环保的发展理念。