微膠囊化聚磷酸銨在聚氨酯彈性體中阻燃及協(xié)效性的研究.pdf

1、聚氨酯彈性體以其優(yōu)異的力學(xué)及化學(xué)性能得到了廣泛應(yīng)用，但是它的易燃性一定程度上限制了它的應(yīng)用。聚氨酯彈性體的阻燃研究是聚氨酯彈性體研究的重要方向，通過(guò)熔融共混的方式制備膨脹型阻燃聚氨酯彈性體復(fù)合材料是解決聚氨酯彈性體易燃性的最簡(jiǎn)單有效方式。
　　 本論文對(duì)常用阻燃劑及其在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛調(diào)研。以氫氧化鋁等氫氧化物為代表的添加型阻燃劑在聚氨酯彈性體中的應(yīng)用研究仍占主體地位。聚氨酯彈性體阻燃主要存在以下問(wèn)題：（1）為獲得

2、良好的阻燃效果，阻燃劑的添加量過(guò)大；（2）阻燃后的材料的各方面使用性能下降嚴(yán)重；（3）反應(yīng)型阻燃成本代價(jià)過(guò)大。
　　 針對(duì)以上問(wèn)題，我們考慮在聚氨酯彈性體中應(yīng)用低毒低煙的聚磷酸銨（APP）
　　 作為阻燃劑，為改善材料的使用性能，對(duì)聚磷酸銨進(jìn)行一定的改性處理。為降低阻燃添加劑使用量，進(jìn)一步探討了阻燃劑與協(xié)效劑磷酸硼/焦磷酸鐵對(duì)聚氨酯彈性體的燃燒及熱降解過(guò)程的影響。結(jié)果表明，磷酸硼/焦磷酸鐵能夠與阻燃劑在聚氨酯彈性體中起到

3、明顯的協(xié)同阻燃作用。同時(shí)對(duì)阻燃聚氨酯彈性體的熱降解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了探討。本文的主要研究工作如下：
　　 （1）通過(guò)原位聚合制備聚氨酯微膠囊化聚磷酸銨（MAPP），熔融共混制備阻燃聚氨酯彈性體，并通過(guò)垂直燃燒（UL-94）與極限氧指數(shù)（LOI）考察阻燃劑的阻燃性能，確定了聚磷酸銨（APP）以及MAPP 阻燃聚氨酯彈性體的最小添加量均為25wt％。
　　 （2）篩選出含硼化合物磷酸硼與過(guò)渡金屬化合物焦磷酸鐵為協(xié)效劑，考察兩種化合

4、物與MAPP 在聚氨酯彈性體中的協(xié)同阻燃作用。采用極限氧指數(shù)（LOI）、垂直燃燒（UL-94）、錐形量熱儀（CONE）、微型燃燒量熱儀（MCC）以及掃描電鏡（SEM）分析方法對(duì)幾種阻燃體系的燃燒性能及炭層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。UL-94測(cè)試結(jié)果表明磷酸硼與焦磷酸鐵對(duì)聚氨酯彈性體材料阻燃級(jí)別的提高均有明顯作用，能夠大大降低通過(guò)UL-94 V-0 級(jí)別阻燃劑的添加量，其中，焦磷酸鐵協(xié)效阻燃體系能夠更大程度減少阻燃劑的用量；LOI測(cè)試表明兩種協(xié)效劑對(duì)

5、氧指數(shù)的提高均有一定的作用；CONE及MCC測(cè)試表明材料的熱釋放速率進(jìn)一步降低，阻燃效率及協(xié)效效率提高；從炭渣的數(shù)碼照片與SEM 看，磷酸硼與焦磷酸鐵的加入提高了炭層的連續(xù)性與致密性。
　　 （3）通過(guò)熱重分析（TGA）與實(shí)時(shí)傅里葉變換紅外光譜（RTFTIR）分析協(xié)同阻燃體系的熱穩(wěn)定性及熱氧化降解特性。從熱失重分析以及實(shí)時(shí)傅里葉變換紅外光譜的結(jié)果看，磷酸硼與焦磷酸鐵的加入都提高了材料在高溫區(qū)間的熱穩(wěn)定性。但是它們的協(xié)同阻燃作用存

6、在一定差別：磷酸硼在400 ℃之后分解生成的B-O基團(tuán)與APP 釋放的磷酸銨加熱條件下形成了“鹽橋”作用而促進(jìn)了磷氮炭層的生成，同時(shí)，釋放的硼酸覆蓋在炭層表面，加強(qiáng)了炭層的穩(wěn)定性，并通過(guò)吸附材料分解產(chǎn)生的可燃性氣體在復(fù)合材料表面形成強(qiáng)還原性的氣體氛圍，使炭層更加質(zhì)密，不易被破壞，更有效地發(fā)揮隔熱、隔氧同時(shí)防止熔融滴落的作用，提高材料的阻燃性能；焦磷酸鐵同樣可以在燃燒過(guò)程中形成“鹽橋”作用，促進(jìn)磷氮炭層生成，但同時(shí)鐵元素能夠起到捕捉自由基