電子束輻射引發(fā)滌綸(PET)接枝提高阻燃抗熔滴性能的研究.pdf

1、聚合物科學(xué)領(lǐng)域的的研究重點(diǎn)之一是對(duì)聚合物實(shí)施改性從而獲得新的性能，這對(duì)聚合物工業(yè)也有重要意義。作為當(dāng)前使用最為普遍的聚合物之一，PET有著良好的性能，但在使用中還存在易燃、熔滴的缺點(diǎn)，為提高其使用性能，常對(duì)其做改性處理。電子束輻射是一項(xiàng)比較方便高效的技術(shù),它在聚合物的接枝改性上正有著越來(lái)越多的應(yīng)用。本文采用高能電子束為能量源,通過(guò)單體的選擇和條件的優(yōu)化對(duì)PET材料進(jìn)行接枝改性,在PET上形成一種類似膨脹阻燃體系，從而提高PET材料的阻燃

2、及抗熔滴性能。
　　本文首先進(jìn)行了PET電子束(Electron Beam, EB)輻射效應(yīng)的相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)：1）PET在空氣中接受電子束輻射后，斷裂強(qiáng)力和斷裂延伸度下降，機(jī)械性能受到損傷；2）PET的分子量以及熱穩(wěn)定性隨電子束輻射劑量的增加而逐漸降低，說(shuō)明PET大分子鏈發(fā)生了輻致降解；3）根據(jù)XPS譜圖推斷，PET的電子束輻射降解按NorrishⅠ型機(jī)理進(jìn)行，降解中伴生CO、CO2氣體；4）通過(guò)SPM圖像判斷，電子束輻射導(dǎo)致PE

3、T表面受損，變得粗糙不平；5）通過(guò)X射線衍射(XRD)分析，發(fā)現(xiàn)低劑量的電子束輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致PET結(jié)晶度上升，但高劑量的電子束輻射會(huì)破壞PET的規(guī)整結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其結(jié)晶度下降。
　　研究電子束共輻射法引發(fā)丙烯酸在PET上的接枝，并對(duì)接枝后PET的結(jié)構(gòu)以及熱和燃燒性能做了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：當(dāng)劑量為400kGy，單體濃度為40％，F(xiàn)eSO4濃度在0.1g/L，預(yù)處理溫度85°C，時(shí)間2hr時(shí)，接枝率最高，可達(dá)22.3%。通過(guò)SEM和

4、FTIR的分析，證實(shí)丙烯酸被成功地接枝到PET上。通過(guò)對(duì)比接枝前后 PET的機(jī)械性能發(fā)現(xiàn)，隨著接枝率的上升，斷裂強(qiáng)力逐漸提高，斷裂延伸度逐漸下降。同時(shí)，接枝丙烯酸后的PET熱失重性能有了明顯改變，失重過(guò)程變得復(fù)雜，出現(xiàn)五個(gè)失重階段，1）由于失水形成的50°C到160°C失重階段；2）160°C到247°C之間的失重階段由于羧基脫水生成酸酐造成；3）支鏈斷鏈形成的第三個(gè)失重階段最高溫度為314°C；4）超過(guò)377°C時(shí)由于聚合物主鏈斷鏈形

5、成的；5）當(dāng)溫度超過(guò)450°C，PET炭化導(dǎo)致的失重階段。接枝后PET的抗熔滴性能有明顯提高，但極限氧指數(shù)（Limited Oxygen Index, LOI）值隨著接枝率的提高而下降。DSC分析發(fā)現(xiàn)PAAc接枝后破壞了原有PET的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使得接枝后的結(jié)晶度下降。說(shuō)明丙烯酸滲透到了PET的內(nèi)部，經(jīng)過(guò)電子輻照后與PET反應(yīng)，破壞了PET原有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使得其結(jié)晶度出現(xiàn)了較大幅度地下降。NMR分析表明，接枝后的樣品上叔碳原子數(shù)目增加，造成

6、這個(gè)現(xiàn)象的原因應(yīng)當(dāng)是，接枝后樣品上發(fā)生了交聯(lián)。結(jié)合TEM照片分析，發(fā)現(xiàn)輻射接枝交聯(lián)后的PET纖維皮層結(jié)構(gòu)變得較為疏松，說(shuō)明丙烯酸的接枝交聯(lián)發(fā)生在PET的皮層。
　　研究電子束輻射引發(fā)丙烯酰胺在PET上的接枝，并對(duì)接枝后PET的結(jié)構(gòu)以及熱和燃燒性能做了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：當(dāng)輻射劑量為400kGy時(shí)，單體濃度低于40%時(shí)，F(xiàn)eSO4濃度在0.1g/L，預(yù)處理溫度85°C，接枝率最高可達(dá)7.8%。隨著接枝率的上升，斷裂強(qiáng)力逐漸提高，隨著接枝

7、率的提高，斷裂延伸度逐漸下降。接枝丙烯酰胺后的PET熱失重曲線較未接枝時(shí)多了180°C到313°C這一階段，這是由接枝到 PET上的丙烯酰胺側(cè)鏈斷鏈引起的。這個(gè)過(guò)程中不僅有側(cè)鏈的分解斷裂，還包括了氨基的縮合與環(huán)化。隨著接枝率的提高，PET的阻燃性逐漸提高，但是無(wú)論接枝率為多少，熔滴現(xiàn)象始終存在。DSC分析發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺接枝后PET對(duì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大影響。
　　使用了AAc/AAm混合單體由電子束輻射引發(fā)在PET上的接枝，賦予PET

8、抗熔滴和阻燃的性能。結(jié)果表明：1）選擇輻射劑量、單體濃度、FeSO4等方面混合單體與單獨(dú)使用丙烯酸或丙烯酰胺有相同的規(guī)律，但兩種單體同時(shí)接枝存在協(xié)同效應(yīng)，可以明顯提高接枝率可達(dá)36.7%；2）PET接枝后以后其熱穩(wěn)定性有所提高，表現(xiàn)出同時(shí)接枝丙烯酸和丙烯酰胺的規(guī)律；3）分析阻燃測(cè)試現(xiàn)象與殘余物剖面SEM照片分析結(jié)合，發(fā)現(xiàn)使用混合單體接枝能夠起到提高阻燃性能和抗熔滴性能的雙重作用。當(dāng)接枝率達(dá)到36.7%時(shí)，LOI值為27.3，垂直燃燒時(shí)續(xù)

9、燃時(shí)間5.5s，無(wú)陰燃時(shí)間，炭長(zhǎng)114mm，且無(wú)熔滴現(xiàn)象；4）接枝丙烯酰胺后的PET熱失重性能有了明顯改變，失重過(guò)程變得復(fù)雜，主要表現(xiàn)為增加了由于失水形成的失重階段，羧基脫水形成酸酐導(dǎo)致的失重階段，以及支鏈斷鏈形成的第三個(gè)失重階段；5）同時(shí)結(jié)合DSC分析，判斷接枝后接枝物存在于PET表面還存在與PET本體內(nèi)，造成其結(jié)晶度的明顯下降。
　　本文在這些認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，分析推斷了 PET在空氣氛圍中受到電子束輻射的降解機(jī)理?？偨Y(jié)性提出了電