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中空玻璃微球基气凝胶的制备及其隔热阻燃性能的研究认领

作者：

李敏

学位授予单位：

兰州理工大学

摘要：

近年来,由于工业化的发展和城市活动的增加,能源大量消耗导致能源短缺问题越发严重,尤其是建筑能耗占总能耗的30%。采用隔热保温材料（如聚氨酯、膨胀聚苯乙烯泡沫等）是减少能源损耗的有效措施。然而,多数保温材料的主要成分为聚合物,具有高度易燃性,导致火灾事故频繁发生。为了满足安全需要,研发同时具有隔热性能和阻燃性能的功能材料是十分必要而迫切的。中空玻璃微球（HGM）是一种具有空腔结构的无机小球,具有低密度、高强度、化学性质稳定、导热系数低等特点。作为无机填料,HGM的特殊空腔结构能够提高复合材料的隔热性能。HGM表面富含丰富的Si-OH,可将阻燃元素通过物理手段或化学反应引入到其表面优化复合材料阻燃性能,同时增加其与聚合物基体的相容性。基于此,本论文利用HGM特殊的空腔结构和表面易修饰性,制备了系列HGM基复合气凝胶,系统研究了改性HGM对复合气凝胶隔热阻燃性能的影响。研究的主要内容包括以下两个方面。（1）以DOPO-KH550为改性试剂,通过一步溶液法将其接枝到HGM表面进行改性,并以其为填充体,在柠檬酸交联作用下,与聚乙烯醇（PVA）共混制备了DOPO-KH550改性HGM/PVA复合气凝胶材料（PVA-DKHGM）。研究发现,PVA-DKHGM具有丰富的孔隙率（76.33%）和大孔结构,导热系数为0.0187 W m-1 K-1,具有优异的隔热性能。此外,在垂直燃烧测试（UL-94）中,PVA-DKHGM的阻燃性达到V-0级,极限氧指数（LOI）为32.5%。改性HGM的加入使复合气凝胶材料的峰值热释放速率（pHRR）降低了57.6%,达到114.93 kW m-2。（2）以层状双氢氧化物（LDH）和植酸（PA）为改性试剂,通过低过饱和共沉淀法和浸渍法对HGM表面进行改性,并以其为填充体,在Ca2+交联作用下,与海藻酸钠和羧甲基纤维素合成了改性HGM/海藻酸钠/羧甲基纤维素复合气凝胶材料（SA/CMC-PLHGM）。SA/CMC-PLHGM具有丰富的大孔结构,平均孔径为130.06 nm,孔隙率可达77.67%,使其具有较低的密度和良好的隔热性能,导热系数为0.046 W m-1K-1。此外,在垂直燃烧测试（UL-94）中,SA/CMC-PLHGM的阻燃性达到V-0级,LOI超过90%。改性HGM的加入使复合气凝胶材料的pHRR降低了55.19%,为32.97 kW m-2。上述研究结果表明,经表面改性的HGM能够有效改善复合气凝胶材料的隔热阻燃性能,可为未来新型隔热阻燃复合材料的设计提供新的研究思路。

摘要译文

关键词：

中空玻璃微球; 气凝胶; 隔热阻燃; 热稳定性

学位年度：

2024

学位类型：

硕士

学科专业：

化学工程（专业学位）

导师：

吴蓬勃

中图分类号：

TQ427.26;TQ427.2[胶体种类]

学科分类号：

081702[化学工艺]

D O I：

10.27206/d.cnki.ggsgu.2024.000133