膨脹阻燃、納米阻燃及其協(xié)同阻燃聚丙烯的研究.pdf

1、聚丙烯具有透明度高、無(wú)毒、易加工、吸濕性低、抗沖強(qiáng)度高、耐化學(xué)腐蝕、電絕緣性好及惶價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛應(yīng)用于化工、建筑、輕工、家電、包裝等領(lǐng)域，在五大通用塑料中，消費(fèi)量?jī)H次于聚乙烯位于第二。但是，由于聚丙烯本身極易燃（極限氧指數(shù)僅約17.0）、發(fā)熱量大，燃燒速度快及燃燒時(shí)伴隨著滴落，從而限制了其在對(duì)阻燃級(jí)別要求較高行業(yè)中的應(yīng)用，因此，對(duì)PP的阻燃研究就顯得尤為重要。隨著目前阻燃領(lǐng)域綠色環(huán)保的呼聲日益高漲且阻燃法規(guī)日益苛刻，開發(fā)無(wú)鹵阻

2、燃聚丙烯的任務(wù)迫在眉睫。本文針對(duì)聚丙烯特殊的燃燒機(jī)理，對(duì)其開展了膨脹阻燃、納米阻燃及其協(xié)同阻燃三大方面的研究。 首先，從分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，采用三氯氧磷、4,4'-二氨基二苯甲烷和季戊四醇三種原料通過三步反應(yīng)合成出了一種端氨基齊聚物型單組分（三源一體）膨脹型阻燃劑，聚（4,4-二氨基-二苯甲烷-O-雙環(huán)季戊四醇磷酸酯-磷酸酯），縮寫為PDBPP。采用紅外、氫核磁及X-射線光電子能譜等手段表征了其分子結(jié)構(gòu)。熱重分析表明PDBPP無(wú)論

3、在空氣還是氮?dú)庵卸季哂辛己玫臒岱€(wěn)定性及優(yōu)異的膨脹成炭能力，如在空氣中的600℃時(shí)的殘?zhí)扛哌_(dá)55wt%，且與聚丙烯的加工及熱解溫度相匹配。隨著PDBPP的加入，不僅使聚丙烯的熱穩(wěn)定性和極限氧指數(shù)大幅度提高，還使聚丙烯的熱釋放速率、總放熱量及質(zhì)量損失速率顯著降低。當(dāng)用相容劑—馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯來(lái)增容阻燃聚丙烯體系后，PDBPP在基體中的分散尺寸減小到原來(lái)的十分之一，增強(qiáng)了PDBPP與基體間的界面粘附力。另外，增容反應(yīng)使聚丙烯的熱穩(wěn)定性和阻燃

4、性能進(jìn)一步提高。最為重要的是，增容反應(yīng)使阻燃聚丙烯的拉伸強(qiáng)度維持了純聚丙烯的拉伸強(qiáng)度值。 其次，采用富勒烯（C60）阻燃聚丙烯。在低添加量時(shí)，即≤2wt%，熱重分析和錐形量熱分析表明C60不僅使聚丙烯的熱穩(wěn)定性和熱氧化穩(wěn)定性顯著提高，與碳納米管對(duì)聚丙烯的熱穩(wěn)定性提高幅度相當(dāng)，而且使聚丙烯燃燒時(shí)的熱釋放速率、質(zhì)量損失速率大幅度降低。流變行為、熱處理及殘?zhí)康妊芯拷沂綜60之所以可以提高聚丙烯的熱穩(wěn)定性和阻燃性能，是因?yàn)槠淇梢圆蹲骄郾?/p>

5、烯降解時(shí)產(chǎn)生的自由基及其衍生的高活性的H·和·OH自由基，同時(shí)使得熔體的粘度急劇上升，這就使降解的小分子產(chǎn)物需要更多的能量和時(shí)間逃逸到上層。另一方面，動(dòng)態(tài)力學(xué)測(cè)試表明C60在聚丙烯中體現(xiàn)了納米粒子的增強(qiáng)效應(yīng)。 第三，利用C60和PDBPP為原料，合成了一種樹枝狀大分子納米/膨脹協(xié)同阻燃劑，即C60—d—PDBPP。采用紅外、氫核磁、X—射線光電子能譜、透射電鏡等手段表征了其分子結(jié)構(gòu)及形貌。掃描電鏡和透射電鏡觀察顯示C60—d—P

6、DBPP比純C60更容易分散在聚丙烯中。熱重分析和錐形量熱分析表明前者比后者能更進(jìn)一步提高聚丙烯的熱穩(wěn)定性，同時(shí)還使聚丙烯燃燒時(shí)的熱釋放速率和質(zhì)量損失速率值進(jìn)一步減小，延緩其燃燒過程，體現(xiàn)了很強(qiáng)的協(xié)同阻燃效應(yīng)。阻燃機(jī)理研究表明C60超強(qiáng)的捕捉自由基能力及PDBPP的高成炭能力之間存在著協(xié)同效應(yīng)，從而使的聚丙烯的熱穩(wěn)定性和阻燃性能得到進(jìn)一步改善。 第四，利用C60和碳納米管為原料，通過碳納米管的羥基化、氨基化及C60功能化三步反應(yīng)

7、合成了一種納米/納米協(xié)同阻燃劑，即C60—d—CNTs。采用紅外光譜、X—射線光電子能譜、透射電鏡和掃描電鏡等手段表征了其分子結(jié)構(gòu)及形貌。由于C60—d—CNTs中含有未反應(yīng)的活性氨基和羥基，因此，通過添加馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯來(lái)進(jìn)行原位增容反應(yīng)使其比純C60和碳納米管任何一者都更容易分散在聚丙烯基體中。阻燃機(jī)理研究表明C60的捕捉自由基能力和碳納米管形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的屏蔽效應(yīng)具有協(xié)同作用，與純碳納米管相比，C60—d—CNTs不僅能把

8、聚丙烯的熱降解溫度移向更高溫度，而且使其燃燒過程變得更加緩慢，熱釋放速率更小，表明兩者之間存在著顯著的協(xié)同阻燃效應(yīng)。 最后，采用碳納米管的羥基化、磷?；霸豢s聚三步法合成了一種膨脹型阻燃劑包覆碳納米管協(xié)同阻燃劑，即IFR—w—CNTs。采用紅外光譜、X—射線光電子能譜、透射電鏡和掃描電鏡等手段表征了其分子結(jié)構(gòu)及形貌。通過調(diào)節(jié)IFR與碳納米管兩者的投料比，可以控制IFR—w—CNTs的管徑，并為透射電鏡觀察所證實(shí)。由于IFR—w