聚合物納米阻燃體系中黏土的分布與協(xié)同阻燃作用的關(guān)系.pdf

1、選擇聚合物型膨脹阻燃劑PDSPB和高分子量的溴化環(huán)氧樹(shù)脂(BER)分別與有機(jī)化改性黏土(Clay)復(fù)配阻燃聚合物。研究發(fā)現(xiàn)聚合物型阻燃劑會(huì)與基體聚合物形成海島狀的兩相體系,聚合物為連續(xù)相,阻燃劑為分散相。在用聚合物型膨脹阻燃劑PDSPB和有機(jī)化Clay復(fù)配阻燃聚苯乙烯(PS)的研究中發(fā)現(xiàn)復(fù)配阻燃體系在熱穩(wěn)定性、阻燃性能等方面都不如單加阻燃劑的PS/PDSPB體系。通過(guò)觀察復(fù)配阻燃體系的微觀相結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Clay分布在阻燃劑分散相中,推測(cè)這

2、是影響協(xié)同阻燃作用產(chǎn)生的主要因素。為了驗(yàn)證以上的推論,我們通過(guò)在不同的體系中添加具有一定極性的相容劑來(lái)改變Clay的分布位置,研究Clay的分布與協(xié)同阻燃作用的關(guān)系。
　　 首先,在PS/PDSPB/Clay體系中加入相容劑苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物(SMA)來(lái)改變Clay的分布位置,研究結(jié)果表明SMA的加入能使阻燃劑分散相的相尺寸變大,從而在一定程度上增加了分布在其中的Clay在體系中的體積分?jǐn)?shù),使PDSPB和Clay復(fù)配阻燃PS

3、的體系的阻燃性能有一定程度的提高。但是由于PDSPB本身的極性太強(qiáng)并且易與相容劑發(fā)生反應(yīng)而使得SMA加入之后Clay并沒(méi)有從阻燃劑分散相中遷移到PS基體相中,所以阻燃性能提高的程度有限。
　　 在用BER和Clay復(fù)配阻燃PS時(shí),發(fā)現(xiàn)BER和Clay在PS中也沒(méi)有協(xié)同阻燃效果,用透射電鏡觀察材料的微觀相形態(tài)發(fā)現(xiàn)Clay完全聚集在阻燃劑分散相中。在該復(fù)配體系中加入20％的相容劑SMA能夠使阻燃劑分散相的相疇變大,體系由海島結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

4、成相互貫穿的兩相連續(xù)結(jié)構(gòu)。SMA的加入雖然沒(méi)有改變Clay在體系中的分布位置,但是使分散在阻燃劑相中的Clay在材料中的體積分?jǐn)?shù)變大,且形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。錐形量熱測(cè)試結(jié)果顯示,復(fù)配阻燃體系的熱釋放速率峰值(PHRR)在SMA加入之后有一定程度的下降。在PS/BER/Clay體系中加入極性的磺化聚苯乙烯(sPS)能夠改變Clay的分布位置,使Clay從阻燃劑分散相中遷移到PS樹(shù)脂基體相里以及兩相界面處,當(dāng)sPS的添加量為40％時(shí),復(fù)配阻

5、燃體系的峰值熱釋放速率(PHRR)的下降幅度為30％,表現(xiàn)出良好的協(xié)同阻燃作用。
　　 觀察PP/BER/AO/Clay復(fù)配阻燃體系的微觀相形態(tài),發(fā)現(xiàn)Clay完全分散在阻燃劑BER分散相當(dāng)中,加入不同含量的相容劑聚丙烯接枝馬來(lái)酸酐(MAPP)以改變Clay在體系中的的分布位置。隨著MAPP含量的增加,Clay逐漸從阻燃劑分散相遷移到基體連續(xù)相。當(dāng)在PP/BER/AO/Clay中加入32％的MAPP時(shí)Clay全部遷移到基體連續(xù)相。

6、錐形量熱及垂直燃燒測(cè)試結(jié)果表明,Clay分布在基體連續(xù)相中比分布在阻燃劑分散相中的體系具有更好的阻燃性能,PHRR由445kW/m2下降至290 kW/m2。
　　 在研究中得到四種具有不同微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)配阻燃體系,其中Clay完全分布在基體中的結(jié)構(gòu)和Clay完全分布在阻燃劑分散相中的結(jié)構(gòu)最具代表性,對(duì)具有這兩種結(jié)構(gòu)的體系的阻燃性能測(cè)試數(shù)據(jù)及殘?zhí)啃蚊沧隽朔治?探討Clay的分布影響協(xié)同阻燃效果的因?yàn)椤?duì)于Clay分布在阻燃劑分散相

7、中的復(fù)配阻燃體系,由于Clay本身的層狀結(jié)構(gòu)具有阻隔效果,當(dāng)Clay分布在膨脹型阻燃劑PDSPB中時(shí),會(huì)阻礙膨脹型阻燃劑PDSPB產(chǎn)生的不燃性氣體的釋放,影響熔融體系膨脹發(fā)泡；當(dāng)Clay分布在澳化環(huán)氧樹(shù)脂阻燃劑BER中時(shí),會(huì)阻礙BER分解產(chǎn)生的Br自由基進(jìn)入到燃燒界面處捕捉聚合物基體分解產(chǎn)生的自由基；因此阻燃劑對(duì)基體樹(shù)脂的保護(hù)由于Clay片層的阻隔作用而不能完全發(fā)揮。另外,由于Clay都分布在分散相中,分散相之間的距離很遠(yuǎn)使得分布在其中

8、的Clay片層相隔太遠(yuǎn)不足以與足夠的高分子鏈纏繞形成有效的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),因此在燃燒過(guò)程中由于沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的保護(hù),聚合物基體更容易暴露于外界的熱和氧氣下,因此迅速分解為可燃?xì)怏w,而這種分解產(chǎn)生的熱量進(jìn)一步回饋給基體,促進(jìn)燃燒。
　　 通過(guò)觀察和對(duì)比Clay分布位置不同的材料受熱之后的微觀相結(jié)構(gòu),研究不同的結(jié)構(gòu)模型各自的阻燃機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)Clay在受熱過(guò)程中具有穩(wěn)定相形態(tài)的作用。當(dāng)Clay分布在阻燃劑分散相中時(shí),Clay對(duì)阻燃劑分散相的