阻燃定形相變材料及苯乙烯-丙烯腈基聚合物-粘土納米復合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚合物材料主要由碳、氫元素組成，遇火后會發(fā)生劇烈的燃燒，造成眾多的火災事故。為了減少火災損失，提高人類生存環(huán)境的安全水平，對聚合物材料進行阻燃處理勢在必行，提高其阻燃性能一直是人們極為關注的重要研究方向之一。本文在總結了定形相變材料(PCM)和苯乙烯-丙烯腈基聚合物/粘土納米復合材料的研究現狀和最新進展的基礎上，研究了阻燃定形PCM及苯乙烯-丙烯腈基聚合物/粘土納米復合材料的制備與性能。主要研究內容為以下兩個部分五個方面： 第一

2、部分定形相變材料(PCM)的阻燃研究研究了三類不同的阻燃體系對定形PCM的結構、熱穩(wěn)定性、燃燒性能和儲熱性能的影響；為了進一步提高定形PCM的阻燃性能，制備了OMT與IFR復合使用的阻燃定形PCM，對結構、阻燃性能和熱性能進行了研究，討論了兩者之間的協(xié)同阻燃作用；然后從材料設計角度出發(fā)，將納米復合和無鹵阻燃的技術與原理相結合，制備了納米復合定形PCM，提高了其熱穩(wěn)定性；進一步制備了阻燃納米復合定形PCM，研究了其熱穩(wěn)定性、儲熱性能和阻燃

3、性能，探討了阻燃機理。 1.定形PCM由相變材料(石蠟)和支撐材料(HDPE)兩部分組成，石蠟分散在HDPE形成的三維網絡結構中；CONE測試表明，三類阻燃體系對定形PCM：均有較好的阻燃效果，熱釋放速率的峰值(PHRR)有顯著的降低，MPP-PER、BPBE-AO和MCA分別在凝聚相、氣相和凝聚相起阻燃作用，綜合分析得到IFR是一類性能優(yōu)異的阻燃體系；TGA分析表明阻燃劑的添加致使了定形PCM的熱降解溫度提前，但最終的成炭量有

4、明顯的提高；DSC結果表明，阻燃定形PCM的潛熱沒有明顯變化。 2.制備了OMT與IFR復合使用的阻燃定形PCM，對阻燃協(xié)同作用進行了研究。CONE實驗表明，OMlT的添加顯著降低了定形PCM的PHRR、總煙釋放(TSR)、比消光面積(SEA)和CO、CO<,2>的釋放，因為OMT能與IFR發(fā)生反應生成致密的炭層結構，在材料燃燒的表面形成一種物理保護層，起到了隔熱隔氧及減緩可燃性氣體逸出的作用；同時火災傳播指數(FPI)的提高和

5、火災蔓延指數(FGI)的降低，表明粘土有利于提高定形PCM的火災安全性；TGA分析表明，阻燃定形PCM的開始熱解溫度提前，最終的成炭量有所提高；DSC結果表NOMT和IFR的添加對定形PCM的潛熱無明顯影響。 3．采用雙螺桿擠出法制備了HDPE-EVA合金/OMT納米復合材料母粒，以母粒為支撐材料，石蠟為相變材料，制備了納米復合定形PCM。XRD和SEM結果顯示石蠟均勻地分散在HDPE-EVA合金/OMT納米復合材料形成的網絡結

6、構中，而且石蠟部分地插入到OMT的層間；動態(tài)FTIR、TGA和DSC結果表明，與HDPE-EVA合金/石蠟復合物相比，納米復合定形PCM的熱氧化降解速度有所降低，熱穩(wěn)定性有顯著的提高，相變潛熱有所降低?；谂蛎浶妥枞荚?，制備了阻燃納米復合定形PCM，對其熱穩(wěn)定性、儲熱性能、燃燒性能和阻燃機理進行了研究；TGA和DSC分析表明，阻燃納米復合定形PCM開始降解的溫度有所提前，但800℃的成炭量有明顯增加，并且相變潛熱沒有明顯變化；阻燃機理

7、研究表明，IFR是通過形成多孔泡沫炭層而在凝聚相起阻燃作用的，OMT的硅酸鹽片層在燃燒過程中會發(fā)生晶格重組，而且MMT與IFR中的APP發(fā)生反應生成一種高性能Al-P結構的炭化層，有隔熱隔氧及減緩可燃性氣體逸出的作用。 第二部分苯乙烯-丙烯腈基聚合物/粘土納米復合材料的研究首先熔融共混法制備了聚苯乙烯-丙烯腈(SAN)/粘土納米復合材料，研究了結構與性能之間的關系；然后采用改進"一步法"制備了SAN納米復合材料，研究了MMT與反

8、應相容劑(RC)的結構和相對比例對SAN納米復合材料結構與性能的影響，探討了形成機理；將催化成炭、無鹵阻燃和納米復合的技術與原理相結合，研究了路易斯酸(FeCl<,3>)和OMT在ABS中的催化成炭作用，對催化成炭機理進行了初步探討；同時研究了三氧化二鑭(La<,2>O<,3>)與氫氧化鎂(MH)/紅磷(RP)復配時的催化阻燃協(xié)同效應。 4．根據MMT的CEC值，采用離子交換法制備了十六烷基三苯基溴化膦(P16)和十六烷基氯化吡

9、啶(CPC)改性的MMT，TGA分析表明OMT-P16和OMT-CPC比OMT-C16(十六烷基三甲基溴化銨)具有更高的熱穩(wěn)定性；采用熔融共混法制備了SAN/OMT納米復合材料，XRD、TEM和HREM表明OMT在SAN中均勻分散；TGA和DMA分析表明，納米復合結構提高了SAN的熱穩(wěn)定性、儲能模量和玻璃化轉變溫度；采用改進"一步法"即MMT與RC先研磨，再與SAN熔融共混制備了SAN/MMT/RC納米復合材料，XRD、TEM、HREM

10、和TGA研究表明MMT和RC以5：3的重量比添加時，粘土在SAN基體中分散最為均勻且具有較好的熱穩(wěn)定性；同時對納米復合材料的形成機理進行了初步探討。 5．基于催化成炭、無鹵阻燃和納米復合的技術與原理，制備了含FeCl<,2>的ABS/OMT納米復合材料，XRD、TEM和HREM分析表明，OMT片層在ABS基體中均勻分散；TGA分析表明FeCl<,3>的添加降低了納米復合材料的初始降解溫度，但增加了最終的成炭量；炭層的XRD、HR