功能化磷酸鋯粒子的制備及其在聚丙烯中的阻燃應(yīng)用研究.pdf

1、由于聚合物材料普遍不耐燃燒的特性，限制了其在工業(yè)界諸多場(chǎng)合的使用，所以在環(huán)境友好的前提下，針對(duì)不同的聚合物體系開發(fā)不同的阻燃劑去提升聚合物材料的阻燃性能，探索阻燃劑在聚合物材料中的阻燃機(jī)理以及實(shí)質(zhì)性的擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，成為了當(dāng)下阻燃界普遍努力的方向。不幸的是，大部分阻燃劑存在一系列缺陷，比如：與聚合物基體相容性差，在聚合物中分散性差，較低的耐熱溫度，與聚合物分子鏈之間存在反應(yīng)等。為了克服上述這些問(wèn)題，近些年，包覆阻燃劑的方法成為一種有效手

2、段從而獲得了廣泛的關(guān)注。
　　本論文嘗試制備了一種二維碟狀無(wú)機(jī)物α-Z r P（磷酸鋯），并通過(guò)較為簡(jiǎn)單的制備方法對(duì)其進(jìn)行功能化處理，成功制備了一種聚磷腈包覆磷酸鋯粒子(FZ）和一種三聚氰胺-氰尿酸鹽包覆磷酸鋯復(fù)合粒子（AMC）。通過(guò)熔融共混法將其與傳統(tǒng)的膨脹型阻燃劑（IFR）復(fù)配添加到聚丙烯（PP）中，制備了PP/IFR/FZ和PP/IFR/AMC兩種復(fù)合材料，主要研究了復(fù)合材料的阻燃性能、熱性能和力學(xué)性能等。同時(shí)，對(duì)各自體系的

3、阻燃機(jī)理以及宏觀燃燒性能與殘?zhí)课⒂^形貌之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。相比于FZ，AMC具有更為豐富的氣源，氣相自由基捕獲能力更強(qiáng)的三聚氰胺-氰尿酸鹽，其降解溫度更靠近 PP降解溫度，效果發(fā)揮更好，此外，采用了更低的 IFR含量復(fù)配一定含量的AMC，嘗試找到能夠滿足阻燃效果的最佳值，并且降低了基體的極性，一定程度上增加了其抗吸潮性。
　　主要研究結(jié)果如下：
　　1、通過(guò)場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、透射電鏡（TEM）、X射線衍射能譜（

4、XRD）、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜（FT-IR）、X射線光電子能譜（XPS）研究了FZ的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分，結(jié)果顯示成功制備了FZ。并針對(duì)PP/IFR/FZ三元復(fù)合體系組成的復(fù)合材料的阻燃性能進(jìn)行了研究：發(fā)現(xiàn)添加了3 wt％的FZ并復(fù)配25 wt%的IFR時(shí)，復(fù)合材料可以達(dá)到UL-94的V-0級(jí)，其LOI值可以達(dá)到32.8%，而添加同樣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的未功能化的磷酸鋯粉體時(shí)，只能達(dá)到UL-94的V-1級(jí)，LOI值下降至27.5%；發(fā)現(xiàn)聚磷腈功能化殼和磷

5、酸鋯核之間存在協(xié)同作用。同時(shí)隨著 FZ質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性也有一定程度的提升，體現(xiàn)在T50%提升了15℃，最終的成炭量（800℃下）也提升了6 wt%。此外，PP/IFR的殘?zhí)啃蚊泊嬖谳^大的孔洞，而添加了FZ后，炭層變得更加致密連續(xù)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，功能化磷酸鋯的殘余物在燃燒后的炭層中存在梯度分布現(xiàn)象，這種物理結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)炭層的穩(wěn)定性以及抵抗升溫過(guò)程中的熱流和質(zhì)流的沖擊，對(duì)于復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性提升有較大幫助。FZ還可以促進(jìn)炭層由

6、無(wú)定型炭向結(jié)晶炭轉(zhuǎn)變，提升炭層的有序化程度。針對(duì)復(fù)合材料的流變性能研究發(fā)現(xiàn)，隨著 FZ的增加，可以使得復(fù)合材料在低頻區(qū)粘度逐漸增加，復(fù)合材料的“剪切變稀”行為更為明顯，意味著可以遲滯可燃性揮發(fā)氣體和分子鏈碎片到達(dá)外部的進(jìn)程，對(duì)阻燃有一定提升作用。
　　2、通過(guò)FESEM、能量色散譜儀（EDS）、FT-IR、TG對(duì)AMC的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分進(jìn)行了分析，結(jié)果表明成功制備了AMC。并針對(duì)PP/IFR/AMC復(fù)合材料的阻燃性能和熱性能、以及力

7、學(xué)性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)添加了復(fù)配2 wt%的AMC和24 wt%的IFR使得復(fù)合材料通過(guò)UL-94的V-0級(jí)，其LOI也達(dá)到31.2%。當(dāng)IFR單獨(dú)復(fù)配α-ZrP時(shí)，LOI值下降至27.8%。三聚氰胺-氰尿酸殼和磷酸鋯核之間存在核-殼協(xié)效作用，且殼可以保護(hù)基體過(guò)早接觸到磷酸鋯表面的固體酸活性位點(diǎn)。對(duì)比僅添加IFR時(shí)，AMC的添加可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，體現(xiàn)在 T5%上升了8℃， T50%上升了14℃；AMC還可促進(jìn)最終殘?zhí)苛康?/p>