【摘要】：聚丙烯作為通用的聚烯烴類材料,擁有易加工、化學(xué)性能穩(wěn)定等獨(dú)特的性能,普遍應(yīng)用于日常生活中,然而其極易燃燒,并在燃燒時容易滴落,從而極大的限制了聚丙烯的應(yīng)用范圍。近些年來,膨脹型阻燃劑作為一種無鹵阻燃劑已經(jīng)被廣泛用來阻燃聚烯烴,此外納米復(fù)合技術(shù)的不斷發(fā)展也為無鹵阻燃聚丙烯開拓新的方向。本論文首先調(diào)研了文獻(xiàn)并對聚丙烯阻燃研究狀況進(jìn)行了綜述。對于聚丙烯在阻燃性能、力學(xué)性能以及耐水性能等方面出現(xiàn)的問題,對實(shí)驗方案進(jìn)行不斷優(yōu)化。根據(jù)分子設(shè)計合成了一種含磷氮的聚合型大分子成炭劑,對其進(jìn)行了比較完善的表征,并與聚磷酸銨(APP)結(jié)合用于膨脹阻燃聚丙烯材料中,深入研究了其對聚丙烯材料各項性能的影響。歸納總結(jié)起來,以下三個部分為本文主要工作:1)利用親核取代反應(yīng),以三聚氯氰、季戊四醇磷酸酯和哌嗪為原料合成一種線型的含螺環(huán)季戊四醇磷酸酯的三嗪類大分子成炭劑,命名為PEPAPC,它的結(jié)構(gòu)和性能通過元素分析、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)、核磁共振譜圖(NMR)和熱重分析(TGA)進(jìn)行表征,證實(shí)合成了具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和成碳性能的PEPAPC。采用APP與之復(fù)配,得到了一系列配比的膨脹阻燃型聚丙烯材料。熱重結(jié)果表明,PEPAPC協(xié)同APP能夠促進(jìn)PP材料的熱穩(wěn)定性能,提高在高溫下成碳量,其中PP6樣品中APP和PEPAPC比例為3:1時,700 ℃下的成炭量最高。極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒(UL-94)和錐形量熱測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)PP/APP/PEPAPC體系的LOI值得到提升,在APP和PEPAPC比例為3:1時,總添加量20%時,LOI值達(dá)到28%,UL-94測試實(shí)現(xiàn)V-0級別,錐形量熱中的pHRR值比起純樣降低了 81.27%。在耐水性能測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn),在添加相同量的阻燃劑前提下,隨著PEPAPC量的增加,APP量的減少,PP復(fù)合材料耐水性能更好,表明了合成的成炭劑PEPAPC耐水性能優(yōu)良。2)采用熔融共混方法,將第二章合成的成炭劑PEPAPC復(fù)配APP獲得膨脹阻燃劑(IFR),與各種配比的有機(jī)改性蒙脫土(OMMT)共混于PP基體中,成功制得一系列膨脹阻燃型PP/OMMT納米復(fù)合材料。掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射光譜儀(XRD)、和透射電子顯微鏡(TEM)結(jié)果證實(shí)了在添加相容劑后,OMMT的層間距擴(kuò)大甚至剝離,能在PP基體中良好分散。熱重結(jié)果說明OMMT和IFR相互協(xié)效,促進(jìn)PP基體高溫下的成碳量。在總添加阻燃劑的量達(dá)到20%時,OMMT的添加提升了膨脹阻燃PP的LOI值,且PP7樣品實(shí)現(xiàn)UL-94測試V-0級別,比起純PP,LOI值提升到了 32%,錐形量熱測試中pHRR值下降了 90.5%,進(jìn)一步提高了阻燃效率。SEM、FTIR對碳渣測試結(jié)果證實(shí)了高度膨脹碳層形成和MMT在燃燒過程中共同作用于PP基體,提升阻燃性能。此外,力學(xué)性能研究中發(fā)現(xiàn)2%OMMT能夠有效提升膨脹阻燃PP的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。3)通過原位聚合的方法,在大分子成炭劑PEPAPC合成過程中引入不同比例的鈉基蒙脫土(Na-MMT),成功制備了不同配比的含成炭劑PEPAPC的雜化物,分別命名為PEPAPC-2Na、PEPAPC-4Na和PEPAPC-8Na。且用耐水性更好的MPP替代APP和雜化物復(fù)配,制備了一系列PP納米復(fù)合材料。XRD和TEM結(jié)果證實(shí)了 PEPAPC-2Na和PEPAPC-4Na中的Na-MMT被很好的插層分離,且沒有相容劑添加下,在PP基體中分散良好。錐形量熱、LOI、UL-94測試結(jié)果表明制備的雜化物和MPP復(fù)配提高了 PP的LOI值,在總添加阻燃劑量達(dá)到20%,且PEPAPC-4Na和MPP添加比1:1時,比起純PP,UL-94測試從沒有燃燒級別達(dá)到V-0級別,錐形量熱測試的pHRR值被降低了 77%。SEM和FTIR對其阻燃機(jī)理進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)膨脹型阻燃劑膨脹成碳和MMT共同形成耐熱保護(hù)層,有效提高PP基體阻燃效率。耐水性能研究中發(fā)現(xiàn),MPP的水溶性比APP低,且大分子成炭劑和Na-MMT形成的雜化物的水溶性比Na-MMT要低,二者復(fù)配賦予PP納米復(fù)合材料優(yōu)良的耐水性能。
【圖文】：

逡逑蒙脫土被剝離或插層在大分子ＰＤＥＰＤ中（圖１．８），得到分散性更好的納米復(fù)合逡逑物，這種聚合物／蒙脫土納米復(fù)合材料能被作為無鹵阻燃劑作用于一些通用的聚逡逑合物材料中。逡逑２．５６逡逑Ｃ，ａｙ邐Ｓｔｉｒｒｉｎｇ邐令；逡逑＋邐＞邐３＾邋’＾ｓＳｖ逡逑Ａｃｅｔｏｎｉｔｒｉｌｅ邐一？＾邐＼逡逑ａ邐＾邋Ｉ逡逑ＤＤＥ邐＾逡逑＇－＾ａ－ｎ－Ｊ￣ｘ－ｒ＾ｒｆ逡逑ｈ２ｎ0ｏ0叫邐／逡逑灥邐Ｏ邐，逡逑ｆ？ＤＣＰ逡逑￣邋ＰＤＥＰＤ邋ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ逡逑ＰＤ邋ＥＰＤ／Ｃｌａｙ邋ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ逡逑圖１．８邋ＰＤＥＰＤ潘土納米復(fù)合材料的合成過程圖逡逑１．５本論文研究意義、研究思路和內(nèi)容逡逑１．５．１本論文的研究意義逡逑聚合物以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和自身易加工的優(yōu)異性能，逐漸被用來取代傳統(tǒng)的材逡逑料。但是，由于其具有易燃的特性，在火災(zāi)中極其容易被引燃并蔓延，，釋放大量逡逑有毒有害氣體，成為人們生命和財產(chǎn)安全的一個潛在危害。其中聚丙烯材料，作逡逑為一種典型的含碳?xì)湓氐牟牧�，極易燃燒并放出大量的熱，不充分燃燒時生成逡逑大量煙和毒氣

２．３．２邋ＰＰ－ＩＦＲｓ聚合物的熱性能研究逡逑各種配比的膨脹阻燃型聚丙烯樣品在氮?dú)庖约翱諝庀碌模裕牵梁停模裕乔�逡逑如圖２．５所示。相對應(yīng)曲線圖的得到的一些數(shù)據(jù)，例如起始分解溫度Ｔ５％（５％重逡逑量損失的溫度）、最大熱分解溫度Ｔｍａｘ邋（最大熱釋放速率對應(yīng)溫度）和殘?zhí)柯剩茫馘义希ǎ罚埃板?#176;Ｃ下），這些數(shù)據(jù)被列在表２．２中。從氮?dú)庀碌模裕牵梁停模裕乔�中（圖逡逑２．５ａ和ｂ）可以看出，所有樣品都展現(xiàn)出僅有的一個主要熱分解過程，基本上是逡逑聚合物主鏈分解所引起的。對于純ＰＰ來說，其Ｔ５ｙ。和Ｔｍａｘ分別是３８３°Ｃ和４５９°Ｃ，逡逑并且在７００°Ｃ僅有微少的殘渣存在。相比之下，添加膨脹型阻燃劑后所有樣品的逡逑Ｔ５％和Ｔｍａｘ都得到了提升。當(dāng)分別單獨(dú)添加２０％ＡＰＰ或ＰＥＰＡＰＣ時，樣品的主要逡逑熱解過程被推遲，并且在７００°Ｃ時的殘?zhí)苛康玫揭欢ㄌ嵘�，這主要由于ＡＰＰ和逡逑ＰＥＰＡＰＣ在熱降解過程中生成多聚磷酸和聚偏磷酸鹽起到保護(hù)作用。當(dāng)ＡＰＰ和逡逑ＰＥＰＡＰＣ按照不同比例同時添加到ＰＰ基體中，可以清楚發(fā)現(xiàn)ＰＰ樣品在３８０°Ｃ以逡逑下的熱穩(wěn)定性有細(xì)微的減弱
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ325.14;TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2671871