含磷氮成炭劑的合成及其膨脹阻燃聚丙烯納米復合材料的研究.pdf

1、聚丙烯作為通用的聚烯烴類材料，擁有易加工、化學性能穩(wěn)定等獨特的性能，普遍應用于日常生活中，然而其極易燃燒，并在燃燒時容易滴落，從而極大的限制了聚丙烯的應用范圍。近些年來，膨脹型阻燃劑作為一種無鹵阻燃劑已經(jīng)被廣泛用來阻燃聚烯烴，此外納米復合技術(shù)的不斷發(fā)展也為無鹵阻燃聚丙烯開拓新的方向。
　　本論文首先調(diào)研了文獻并對聚丙烯阻燃研究狀況進行了綜述。對于聚丙烯在阻燃性能、力學性能以及耐水性能等方面出現(xiàn)的問題，對實驗方案進行不斷優(yōu)化。根據(jù)分

2、子設計合成了一種含磷氮的聚合型大分子成炭劑，對其進行了比較完善的表征，并與聚磷酸銨(APP)結(jié)合用于膨脹阻燃聚丙烯材料中，深入研究了其對聚丙烯材料各項性能的影響。歸納總結(jié)起來，以下三個部分為本文主要工作:
　　1)利用親核取代反應，以三聚氯氰、季戊四醇磷酸酯和哌嗪為原料合成一種線型的含螺環(huán)季戊四醇磷酸酯的三嗪類大分子成炭劑，命名為PEPAPC，它的結(jié)構(gòu)和性能通過元素分析、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、核磁共振譜圖(NMR)和熱重分

3、析(TGA)進行表征，證實合成了具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和成碳性能的PEPAPC。采用APP與之復配，得到了一系列配比的膨脹阻燃型聚丙烯材料。熱重結(jié)果表明，PEPAPC協(xié)同APP能夠促進PP材料的熱穩(wěn)定性能，提高在高溫下成碳量，其中PP6樣品中APP和PEPAPC比例為3∶1時，700℃下的成炭量最高。極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒（UL-94）和錐形量熱測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)PP/APP/PEPAPC體系的LOI值得到提升，在APP和PEPAPC比例

4、為3∶1時，總添加量20％時，LOI值達到28％，UL-94測試實現(xiàn)Ⅴ-0級別，錐形量熱中的pHRR值比起純樣降低了81.27％。在耐水性能測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在添加相同量的阻燃劑前提下，隨著PEPAPC量的增加，APP量的減少，PP復合材料耐水性能更好，表明了合成的成炭劑PEPAPC耐水性能優(yōu)良。
　　2)采用熔融共混方法，將第二章合成的成炭劑PEPAPC復配APP獲得膨脹阻燃劑(IFR)，與各種配比的有機改性蒙脫土(OMMT)共混

5、于PP基體中，成功制得一系列膨脹阻燃型PP/OMMT納米復合材料。掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射光譜儀(XRD)、和透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果證實了在添加相容劑后，OMMT的層間距擴大甚至剝離，能在PP基體中良好分散。熱重結(jié)果說明OMMT和IFR相互協(xié)效，促進PP基體高溫下的成碳量。在總添加阻燃劑的量達到20％時，OMMT的添加提升了膨脹阻燃PP的LOI值，且PP7樣品實現(xiàn)UL-94測試Ⅴ-0級別，比起純PP，LOI值提升到了3

6、2％，錐形量熱測試中pHRR值下降了90.5％，進一步提高了阻燃效率。SEM、FTIR對碳渣測試結(jié)果證實了高度膨脹碳層形成和MMT在燃燒過程中共同作用于PP基體，提升阻燃性能。此外，力學性能研究中發(fā)現(xiàn)2％OMMT能夠有效提升膨脹阻燃PP的拉伸強度和斷裂伸長率。
　　3)通過原位聚合的方法，在大分子成炭劑PEPAPC合成過程中引入不同比例的鈉基蒙脫土(Na-MMT)，成功制備了不同配比的含成炭劑PEPAPC的雜化物，分別命名為PEP

7、APC-2Na、PEPAPC-4Na和PEPAPC-8Na。且用耐水性更好的MPP替代APP和雜化物復配，制備了一系列PP納米復合材料。XRD和TEM結(jié)果證實了PEPAPC-2Na和PEPAPC-4Na中的Na-MMT被很好的插層分離，且沒有相容劑添加下，在PP基體中分散良好。錐形量熱、LOI、UL-94測試結(jié)果表明制備的雜化物和MPP復配提高了PP的LOI值，在總添加阻燃劑量達到20％，且PEPAPC-4Na和MPP添加比1∶1時，比