首页> 正文

膨胀阻燃和硅烷接枝交联聚丙烯及其三元乙丙橡胶材料的制备和性能研究

2020-12-07阅读(171)

膨胀阻燃和硅烷接枝交联聚丙烯及其三元乙丙橡胶材料的制备和性能研究

论文摘要

聚丙烯（PP）、聚丙烯/三元乙丙橡胶（PP/EPDM）橡塑共混材料由于其综合性能良好,而广泛应用于生产生活的很多方面。但是其自身易燃且热稳定性不高,从而限制其使用范围。膨胀阻燃技术和硅烷接枝交联技术分别在提高聚烯烃类和橡塑共混材料的阻燃性和热稳定性方面有着积极的应用。本文在综述了膨胀阻燃以及硅烷接枝交联PP、PP/EPDM最新研究进展的基础上,设计了一种新型高效的膨胀阻燃体系即MP/PEPA复配体系,研究了该体系在PP,PP/EPDM中的应用,并深入探讨了该膨胀体系的阻燃机理以及协效作用;此外,研究了硅烷接枝交联技术在PP/EPDM中的应用,初步探讨了接枝机理;讨论了硅烷接枝技术和膨胀阻燃技术之间的协效作用。主要研究工作如下:1.采用季戊四醇和氧氯化磷为原料,合成1-氧-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂-1-磷杂双环[2.2.2]辛烷（PEPA）,并将其与三聚氰铵磷酸盐（MP）复配组成一种新型高效的膨胀阻燃体系,研究了其在PP和PP/EPDM中的应用。研究发现,该MP/PEPA的比例为1:1时,在PP中具有最佳的阻燃效果,而在PP/EPDM中,最佳的MP/PEPA比例是3:1。极限氧指数（LOI）大大提高并且能够达到UL94 V-0级,锥型量热计（CONE）测试显示MP/PEPA膨胀阻燃PP、PP/EPDM材料具有更高的火灾安全性。此外,利用热失重（TG）、实时红外（Real time FTIR）研究了该膨胀体系的热氧化降解机理,发现MP和PEPA在热氧化降解过程中存在着一定的协效作用,能够提高材料的热稳定性。实时FTIR研究了材料的热降解机理,发现MP/PEPA体系在热降解过程中会释放以NH3为主的大量不可燃气体,生成焦磷酸盐和多磷酸盐等,大量不可燃气体的逸出和致密炭层的形成,起到了隔热隔氧作用,有效地提高了材料的阻燃性和热稳定性。对PP/MP/PEPA复合材料的CONE燃烧后膨胀炭层进行了全面的研究,利用SEM对炭层形貌进行了表征,结果显示,膨胀炭层比较致密。FTIR,XPS分析结果表明,根据成分的步同,膨胀炭层可以笼统分为三层,即上中下三层。Raman和XRD结果说明上中两炭层主要由类石墨结构的物质组成,而下部炭层主要是由未分解的材料组成。2.选取了镍铁双氢氧化物(Ni2+-Fe3+LDH),铁基蒙脱土（Fe-OMT）,有机改性α-磷酸锆（OZrP）和异丁基笼型缺角倍半硅氧烷（POSS）,作为协效剂与膨胀体系MP/PEPA体系复配,研究协效剂与该体系之间的协效阻燃作用。研究发现,当0.2wt%的Ni2+-Fe3+LDH,Fe-OMT,OZrP和POSS分别加入到MP/PEPA体系时,阻燃PP材料的阻燃性能有进一步的提高。其中以Ni2+-Fe3+LDH的协效效果最为明显,材料的LOI从32被提高至35,PHRR和THR分别从207 kW/m2和84MJ/m2降低至164 kW/m2和52 MJ/m2,从CONE和MCC测试结果来看,Ni2+-Fe3+LDH协效阻燃机理可能是由于其能够促进材料快速成炭。SEM结果显示协效阻燃材料（样品PMPN,PMPO和PMPP）的表面炭层中出现了一种“微米管”;拉曼光谱分析显示,协效剂的加入对于表面炭层结构有着明显的影响。DSC分析结果表明各种协效剂的加入限制了PP的结晶。TG研究发现,协效剂能够提高材料高温下的热稳定性。3.研究了硅烷接枝交联PP/EPDM中各种因素对接枝率,热稳定性和结晶行为等方面得影响,并提出了可能的接枝机理。同时,选取了苯乙烯（St）和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）作为共接枝单体,考察了其对硅烷接枝PP/EPDM的影响。研究发现,硅烷接枝PP/EPDM材料的凝胶含量随着引发剂DCP,EPDM和硅烷VTMS含量的增加而增加。DCP改性PP/EPDM和VTMS交联PP/EPDM材料的力学性能在较高浓度的DCP和VTMS情况下有所改善。DSC实验表明VTMS接枝反应大致从170℃左右开始,反应时间为2.5分钟左右。此外,和纯PP/EPDM材料相比,VTMS交联材料的结晶温度有所提高,但是结晶度变化不大。TG结果显示VTMS接枝交联PP/EPDM材料较纯PP/EPDM和DCP改性PP/EPDM的热稳定都要好。共单体TMPTA的加入能够显著地提高材料的凝胶含量,而共单体St则使GEL含量降低。根据DSC和广角X射线衍射（WAXD）测试结果可以发现,共单体的加入对于材料的晶型未见有明显影响,但不利于材料的结晶。此外,TG结果显示共单体的加入降低了硅烷交联材料的热稳定性。由于EPDM中第三单体的存在,使得硅烷接枝PP/EPDM的接枝点较为复杂,不同于硅烷接枝PP。4.将硅烷交联技术,膨胀阻燃技术和微胶囊包裹技术三者结合起来,制备出硅烷交联膨胀阻燃PP/EPDM复合材料,研究了该材料的阻燃性能,力学性能,并对其阻燃机理以及硅烷接枝交联与膨胀阻燃之间的协效作用进行了初步的探讨。首先研究了硅烷接枝交联技术与传统膨胀阻燃体系MP/DPER之间的相互作用。研究发现,硅烷接枝膨胀阻燃PP/EPDM复合材料的阻燃性能有较为明显的提高,比如降低PHRR,提高LOI,延长点燃时间等。此外,硅烷的加入对于力学性能也有所改善。但是,由于IFR自身较大的水溶性,在水中浸泡较长时间后,硅烷交联膨胀阻燃PP/EPDM材料无法保持较好的阻燃性能。另外,结合TG研究发现,硅烷交联形成的Si-O-Si网络结构能够能够减缓阻燃剂在水中的流失,保持材料的热稳定性和阻燃性能。通过XPS,红外等手段对材料的成炭机理进行了研究,发现硅元素在不同温度下均存在于炭层之中,且高温下的炭层对应的Si的结合能更高。通过原位聚合的方法将制备出聚氨脂微胶囊包裹APP（PUMAPP）,研究了PUMAPP/DPER复配体系的阻燃效果和成炭机理,并将硅烷引入该体系之中。TG研究发现,PUMAPP较APP在高温下具有更好的热稳定性,PUMAPP/DPER阻燃材料比APP/DPER阻燃材料的热稳定性有显著改善。LOI和CONE测试发现,在相同的添加量下,PUMAPP较APP具有更好的阻燃性能。硅烷的引入显著地延长了材料的点燃时间,提高了材料的火灾安全性。耐水性实验结果表明,PUMAPP比APP具有更好的耐水性,硅烷交联技术能够进一步改善材料的耐水性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 缩略语中英文对照表
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 无卤阻燃技术研究进展
  • 1.2.1 无机金属氢氧化物阻燃技术
  • 1.2.2 磷系阻燃技术
  • 1.2.3 硅系阻燃技术
  • 1.2.4 聚合物纳米复合阻燃技术
  • 1.2.5 膨胀阻燃技术
  • 1.3 聚丙烯膨胀阻燃技术的研究进展
  • 1.4 聚丙烯硅烷交联及阻燃技术的研究进展
  • 1.5 聚丙烯/三元乙丙橡胶阻燃技术研究进展
  • 1.6 聚丙烯/三元乙丙橡胶硅烷接枝交联技术研究进展
  • 1.7 本论文研究思路及主要研究内容和研究方法
  • 1.7.1 研究思路
  • 1.7.2 研究内容和研究方法
  • 参考文献
  • 第二章 MP/PEPA膨胀阻燃聚丙烯复合材料的制备,阻燃性能及其机研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验部分
  • 2.2.1 实验原料
  • 2.2.2 实验设备
  • 2.2.3 材料制备
  • 2.2.4 性能测试
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 PP/MP/PEPA复合材料的研究
  • 2.3.1.1 阻燃性能
  • 2.3.1.2 热稳定性
  • 2.3.1.3 热降解机理
  • 2.3.1.4 成炭机理
  • 2.3.1.5 炭层机械性能分析
  • 2.3.2 PP/EPDM/MP/PEPA复合材料的研究
  • 2.3.2.1 阻燃性能
  • 2.3.2.2 热稳定性
  • 2.3.2.3 热降解机理
  • 2.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 MP/PEPA膨胀阻燃聚丙烯复合材料的协效阻燃和成炭行为研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验部分
  • 3.2.1 实验原料
  • 3.2.2 实验设备
  • 3.2.3 性能测试
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.3.1 阻燃性能研究
  • 3.3.2 炭层研究
  • 3.3.3 热稳定性能研究
  • 3.3.4 协效阻燃材料结晶行为研究
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 硅烷熔融接枝交联PP/EPDM及其膨胀阻燃复合材料的制备及性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验部分
  • 4.2.1 实验原料
  • 4.2.2 实验设备
  • 4.2.3 材料制备
  • 4.2.4 性能测试
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3.1 硅烷熔融接枝PP/EPDM的研究
  • 4.3.1.1 硅烷熔融接枝PP/EPDM的表征
  • 4.3.1.2 引发剂DCP的影响
  • 4.3.1.3 EPDM和VTMS单体的影响
  • 4.3.1.4 力学性能研究
  • 4.3.1.5 结晶行为研究
  • 4.3.1.6 热稳定性研究
  • 4.3.2 共单体的影响
  • 4.3.3 硅烷接枝交联膨胀阻燃PP/EPDM复合材料的研究
  • 4.3.3.1 阻燃性能研究
  • 4.3.3.2 热稳定性研究
  • 4.3.3.3 成炭机制研究
  • 4.3.3.4 力学性能研究
  • 4.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 微胶囊膨胀阻燃及其硅烷接枝交联PP/EPDM复合材料的制备及性能研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 实验部分
  • 5.2.1 实验原料
  • 5.2.2 实验设备
  • 5.2.3 聚氨脂包裹APP的合成及其阻燃PP/EPDM复合材料的制备
  • 5.2.4 性能测试
  • 5.3 结果与讨论
  • 5.3.1 微胶囊包裹APP的XPS表征
  • 5.3.2 阻燃性能
  • 5.3.3 热稳定性
  • 5.3.4 热降解机理
  • 5.3.5 力学性能
  • 5.3.6 耐水性能
  • 5.4 本章小结
  • 参考文献
  • 全文总结、创新处及进一步工作展望
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

    • 相关论文文献

    • [1].膨胀阻燃线型低密度聚乙烯阻燃性能的研究[J]. 塑料科技 2017(06)
    • [2].膨胀阻燃体系对防火涂料防火性能的影响[J]. 化工新型材料 2016(05)
    • [3].磷氮阻燃剂/纯丙树脂光固化复合膨胀阻燃涂层制备及膨胀行为[J]. 表面技术 2015(08)
    • [4].膨胀阻燃体系对钢结构防火涂料性能影响的研究[J]. 化工新型材料 2013(10)
    • [5].红磷膨胀阻燃体系阻燃聚甲醛的研究[J]. 中国塑料 2014(02)
    • [6].论光固化膨胀阻燃涂层的制备[J]. 企业技术开发 2013(15)
    • [7].协效剂在膨胀阻燃体系中的应用进展[J]. 塑料科技 2015(07)
    • [8].膨胀阻燃聚乙烯的研究[J]. 中国塑料 2012(02)
    • [9].金属氧化物对聚丙烯膨胀阻燃体系阻燃性能的影响[J]. 高分子学报 2009(12)
    • [10].新型膨胀阻燃聚丙烯复合材料的协同效应[J]. 材料研究学报 2017(12)
    • [11].蒙脱土对木材膨胀阻燃涂料性能的影响[J]. 低温建筑技术 2017(05)
    • [12].塑料膨胀阻燃技术的研究进展[J]. 塑料助剂 2008(03)
    • [13].工程塑料膨胀阻燃存在的问题和解决方法[J]. 工程塑料应用 2010(10)
    • [14].磷酸镧在聚丙烯中协效阻燃膨胀阻燃体系的研究[J]. 稀土 2013(02)
    • [15].均三嗪环类物质膨胀阻燃研究进展[J]. 塑料助剂 2011(05)
    • [16].新型无卤膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料的非等温结晶动力学[J]. 材料研究学报 2014(04)
    • [17].无卤协效膨胀阻燃聚甲醛体系的性能和阻燃机理[J]. 工程塑料应用 2011(03)
    • [18].膨胀阻燃体系概述[J]. 中国塑料 2010(10)
    • [19].ZIF-8/BC协同膨胀阻燃聚丙烯性能研究[J]. 中国安全科学学报 2018(11)
    • [20].活性炭/金属磷酸盐用于膨胀阻燃EVM的测试研究[J]. 电世界 2017(08)
    • [21].一种膨胀阻燃PP体系及其燃烧性能[J]. 高分子材料科学与工程 2009(03)
    • [22].二氧化钛纳米管对环氧树脂膨胀阻燃体系的协效阻燃作用[J]. 功能高分子学报 2018(01)
    • [23].氢氧化镁对膨胀阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物性能的影响[J]. 塑料 2014(05)
    • [24].多孔磷酸镍VSB-5在膨胀阻燃聚丙烯复合材料中的协效阻燃研究[J]. 中国科技论文 2015(12)
    • [25].无卤膨胀阻燃聚乙烯的制备[J]. 塑料工业 2013(05)
    • [26].超支化膨胀阻燃橡胶材料及其制备方法[J]. 橡胶工业 2013(05)
    • [27].阻燃热塑性聚氨酯弹性体的性能研究[J]. 消防科学与技术 2016(10)
    • [28].竹炭增强膨胀阻燃聚乳酸的制备及其热降解行为研究[J]. 塑料科技 2018(03)
    • [29].4A分子筛对PP/IFR体系性能的影响[J]. 顺德职业技术学院学报 2013(03)
    • [30].膨胀阻燃聚丙烯复合材料的制备及其性能研究[J]. 安徽理工大学学报(自然科学版) 2010(04)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    膨胀阻燃和硅烷接枝交联聚丙烯及其三元乙丙橡胶材料的制备和性能研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5