改性膨胀阻燃体系对聚丙烯的阻燃性能及耐水性能影响

论文摘要

聚丙烯（PP）是当今社会应用最普遍的通用塑料之一,由于聚丙烯性能优异,其在许多领域得到广泛应用,例如家庭用品、建筑材料、汽车制造、‘电子、电器等行业。但聚丙烯是一种极易燃烧的聚合物,其氧指数仅为17～18%,这极大地限制了PP的应用。因此,开展聚丙烯阻燃性能的研究,受到了许多研究人员的关注,膨胀型无卤阻燃技术是聚丙烯阻燃领域新兴的研究热点。本论文对聚磷酸铵进行表面改性,研究了表面改性APP的制备的最佳条件,结果发现添加APP量的0.5%的有机改性剂,改性5min,在150℃下干燥2h,所得到的表面改性聚磷酸铵（SMAPP）耐水效果最好,溶解度为0.2224g／100mL,包覆活化程度达到94.46%。利用本实验室自行设计合成的三嗪系成炭发泡剂（CFA）、聚磷酸按（APP）或表面改性聚磷酸铵（SMAPP）及协效剂（4A分子筛、Ti02、M-Si02）复配出膨胀阻燃剂,用于PP体系的阻燃。研究了APP和SMAPP对IFR-PP材料性能影响,结果发现SMAPP对IFR-PP材料综合性能更为有利,当阻燃剂添加量为22%时,其中以M-Si02为协效剂、加入SMAPP的IFR-PP材料性能更好,IFR能更好的分散在PP中,氧指数达到36.8%,通过UL94V-0级,耐水性实验后,失重率为2.92%,氧指数仍达32.5%,通过UL-94V-1级。研究了含硅协效剂对IFR-PP材料性能的影响,结果发现,加入两种不同的硅协效剂都能提高IFR-PP材料阻燃性能和力学性能、材料的表面张力减小、耐水性增强。加入硅树脂能够更有效的提高材料的综合性能。其中,当阻燃剂添加量为20%,其中当添加5.5%硅树脂协效剂在IFR中时,氧指数达到36.3%,1.6mm样条能够通过UL94V-0级,经过耐水性实验,失重率仅为1.89%,阻燃性能仍然能达到UL94V-0级,氧指数达到34.9%。采用热重分析仪（TGA）和锥形量热仪（CONE）对未加协效剂的IFR-PP材料,加入5.5%的M-Si02的IFR-PP材料,加入5.5%的硅树脂的IFR-PP材料,进行热降解和燃烧行为的测试,结果表明硅树脂协效剂的加入不但能够更有效地催化促进体系分解,提高IFR-PP体系最终的成炭量,从而提高IFR-PP材料在高温下的热稳定性,而且使得PP体系的热释放速率（HRR）、热释放总量（THR）、质量损失速率（MLR）、CO生成速率（COP）以及烟产生速率（SPR）大幅度降低,提高了IFR-PP材料的的阻燃性能。利用扫描电镜,观察阻燃剂在PP中的分散、炭层的形貌,发现未加协效剂的IFR-PP材料的炭层有很多空洞,炭层不是很致密,两种不同的硅协效剂加入有利于进一步提高炭层强度,防止炭层破裂,从而达到更高的阻燃性能,其中加入硅树脂的IFR-PP材料的炭层最致密。而两种不同的硅协效剂的加入,使得阻燃剂在PP中分散更好,其中加入5.5%硅树脂的IFR-PP材料,IFR与PP的相容性是最好的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚合物的燃烧过程及其阻燃机理
• 1.2.1 聚合物的燃烧过程
• 1.2.2 聚合物的阻燃机理
• 1.3 阻燃剂的种类及特点
• 1.3.1 卤系阻燃剂
• 1.3.2 磷系阻燃剂
• 1.3.3 无机填充阻燃剂
• 1.3.4 含硅阻燃剂
• 1.3.5 膨胀阻燃剂
• 1.4 膨胀型无卤阻燃技术
• 1.4.1 膨胀阻燃剂简述
• 1.4.2 膨胀阻燃机理
• 1.4.3 膨胀阻燃体系的发展过程
• 1.4.4 膨胀型阻燃剂与聚合物基体间的界面修饰
• 1.4.5 膨胀型阻燃剂存在的问题和发展方向
• 1.5 无卤阻燃聚丙烯现状
• 1.6 本课题的研究内容及意义
• 2 实验部分
• 2.1 表面改性聚磷酸铵（SMAPP）的制备
• 2.1.1 SMAPP的制备方法
• 2.1.2 实验用原材料
• 2.1.3 耐水效果测定方法
• 2.2 阻燃聚丙烯的制备
• 2.2.1 实验用原材料
• 2.2.2 主要仪器及设备
• 2.2.3 阻燃PP的样品制备工艺路线
• 2.2.4 样品制备的工艺条件
• 2.3 阻燃PP的性能分析与测试
• 2.3.1 阻燃性能测试
• 2.3.2 阻燃PP材料耐水性测试
• 2.3.3 接触角测试
• 2.3.4 力学性能测试
• 2.3.5 热降解行为测试
• 2.3.6 CONE测试
• 2.3.7 相差显微镜测试
• 2.3.8 SEM测试
• 2.3.9 XPS测试
• 3 聚磷酸铵的改性及其对膨胀阻燃聚丙烯材料性能影响
• 3.1 改性聚磷酸铵的方法探讨
• 3.1.1 改性剂用量对SMAPP耐水效果的影响
• 3.1.2 温度对SMAPP耐水效果的影响
• 3.1.3 时间对SMAPP耐水效果的影响
• 3.2 膨胀阻燃聚丙烯材料（IFR-PP）的阻燃性能
• 3.2.1 APP为酸源的IFR-PP体系的阻燃性能
• 3.2.2 SMAPP为酸源的IFR-PP体系的阻燃性能
• 3.3 膨胀阻燃聚丙烯材料（IFR-PP）的力学性能
• 3.3.1 APP为酸源的IFR-PP体系的力学性能
• 3.3.2 SMAPP为酸源的IFR-PP体系的力学性能
• 3.4 膨胀阻燃聚丙烯材料（IFR-PP）耐水性能和表面张力
• 3.4.1 APP为酸源的IFR-PP材料的表面张力
• 3.4.2 SMAPP为酸源的IFR-PP材料的表面张力
• 3.4.3 APP为酸源的IFR-PP体系的耐水性能
• 3.4.4 SMAPP为酸源的IFR-PP体系的耐水性能
• 3.4.5 相差显微镜分析IFR-PP体系分散性
• 3.4.6 本章小结
• 4 含硅协效剂对膨胀阻燃聚丙烯材料的性能影响
• 4.1 含硅协效剂对IFR-PP材料阻燃性能的影响
• 2的添加量对IFR-PP体系的阻燃性能影响'>4.1.1 M-SiO₂的添加量对IFR-PP体系的阻燃性能影响
• 4.1.2 硅树脂的添加量对IFR-PP体系的阻燃性能影响
• 4.2 含硅协效剂对IFR-PP材料力学性能影响
• 2的添加量对IFR-PP体系的力学性能影响'>4.2.1 M-SiO₂的添加量对IFR-PP体系的力学性能影响
• 4.2.2 硅树脂的添加量对IFR-PP体系的力学性能影响
• 4.3 含硅协效剂对IFR-PP材料的耐水性能影响
• 2的添加量对IFR-PP体系的耐水性能影响'>4.3.1 M-SiO₂的添加量对IFR-PP体系的耐水性能影响
• 4.3.2 硅树脂的添加量对IFR-PP体系的耐水性能影响
• 4.4 含硅协效剂的IFR-PP材料的表面张力及表面组成的研究
• 4.4.1 含硅协效剂的IFR-PP材料的表面张力
• 4.4.2 含硅协效剂的IFR-PP材料的表面组成
• 4.5 热降解行为研究
• 4.5.1 IFR体系的热降解行为研究
• 4.5.2 IFR-PP体系的热降解行为研究
• 4.6 燃烧行为研究
• 4.7 形态结构分析
• 4.7.1 炭层形貌分析
• 4.7.2 IFR在PP中的分散性分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢