采用熱重-傅里葉紅外光譜（TG-FTIR）研究硬質(zhì)聚氨酯泡沫（RPUF）和硬質(zhì)聚氨酯泡沫/膨脹石墨復(fù)合材料（RPUF/EG）燃燒過程中氣相產(chǎn)物生成及變化規(guī)律,采用掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線光電子能譜儀（XPS）研究其炭渣的微觀形貌、元素組成及鍵合狀態(tài),結(jié)合阻燃性能測試闡明RPUF/EG復(fù)合材料阻燃機理。SEM分析表明RPUF/EG復(fù)合材料燃燒后炭渣中存在大量"蠕蟲狀"結(jié)構(gòu)。TG-FTIR分析表明RPUF/EG復(fù)合材料熱解分為兩個階段,第一個階段對應(yīng)于聚氨酯分子鏈硬段的降解,第二個階段對應(yīng)于聚氨酯分子鏈軟段的降解,降解產(chǎn)物有異氰酸酯化合物、胺類化合物、碳?xì)浠衔铩⒎枷阕寤衔铩?CO、 CO₂以及酯類化合物, RPUF/EG硬段降解產(chǎn)物強度高于PRUF的降解。XPS分析表明RPUF炭渣中C, N和O元素含量分別為77.63%, 10.30%和12.07%, RPUF/EG30炭渣三種元素含量分別為82.18%, 9.18%和8.35%。在此基礎(chǔ)上,通過對C元素的分峰擬合發(fā)現(xiàn)RPUF炭渣中C—C/C—H, C—O/C—N和CO/CN含量分別為51.38%, 38... 

【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(05)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

RPUF以及RPUF/EG30炭渣掃描電鏡照片

采用TG-FTIR對比研究RPUF以及RPUF/EG30熱解過程中的氣相產(chǎn)物, 以揭示其阻燃機理。 圖2為RPUF和RPUF/EG30氮氣條件下TG-FTIR測試的3D圖譜, 可見其降解特征峰主要分布在3 700～3 800, 3 300～3 400, 2 200～2 400, 1 700～1 800, 1 500～1 600和1 100～1 300cm-1幾個波數(shù)區(qū)間。圖3為RPUF和RPUF/EG30在最大熱失重速率時的紅外光譜, 3 730 cm-1對應(yīng)于氨基甲酸酯中N—H鍵伸縮振動[9], 3 370 cm-1對應(yīng)于裂解產(chǎn)生的水分子的O—H伸縮振動, 2 290 cm-1為裂解產(chǎn)生的異氰酸酯化合物中—NCO基團(tuán)特征峰, 2 360 cm-1為裂解產(chǎn)生的CO2特征峰, 1 730 cm-1為羰基化合物的特征峰, 1 510 cm-1為芳香族化合物特征峰, 1 260和1 110 cm-1為酯類化合物特征峰[10]。 RPUF以及RPUF/EG30中都出現(xiàn)上述產(chǎn)物特征峰, 說明膨脹石墨作為一種添加型阻燃劑, 并未改變聚氨酯分子鏈裂解歷程。

圖3為RPUF和RPUF/EG30在最大熱失重速率時的紅外光譜, 3 730 cm-1對應(yīng)于氨基甲酸酯中N—H鍵伸縮振動[9], 3 370 cm-1對應(yīng)于裂解產(chǎn)生的水分子的O—H伸縮振動, 2 290 cm-1為裂解產(chǎn)生的異氰酸酯化合物中—NCO基團(tuán)特征峰, 2 360 cm-1為裂解產(chǎn)生的CO2特征峰, 1 730 cm-1為羰基化合物的特征峰, 1 510 cm-1為芳香族化合物特征峰, 1 260和1 110 cm-1為酯類化合物特征峰[10]。 RPUF以及RPUF/EG30中都出現(xiàn)上述產(chǎn)物特征峰, 說明膨脹石墨作為一種添加型阻燃劑, 并未改變聚氨酯分子鏈裂解歷程。圖4(a)為RPUF和RPUF/EG30總的裂解產(chǎn)物釋放強度曲線(Gram-Schmidt曲線)。 可見硬質(zhì)聚氨酯泡沫的熱解分為兩個階段, 第一個階段對應(yīng)于聚氨酯分子鏈硬段的降解, 降解產(chǎn)物主要為異氰酸酯化合物、 胺類化合物、 直鏈碳?xì)浠衔铩?CO2以及酯類化合物[11], 第二個階段對應(yīng)于聚氨酯分子鏈軟段的降解[12]。 由圖4(a)可見, RPUF/EG30第一階段裂解產(chǎn)物的強度明顯高于RPUF, 第二階段裂解產(chǎn)物的強度明顯低于RPUF, 這主要是在第一階段中, 膨脹石墨中含有大量酸性物質(zhì)(H2SO4, HNO3), 在燃燒過程中分解產(chǎn)生大量酸性氣體使得膨脹石墨迅速膨脹形成“蠕蟲狀”結(jié)構(gòu), 同時酸性氣體促進(jìn)了聚氨酯分子鏈第一階段的硬段降解; 而進(jìn)入高溫階段后, 膨脹石墨形成的“蠕蟲狀”結(jié)構(gòu)作為微反應(yīng)器, 促進(jìn)第二階段聚氨酯分子鏈軟段裂解產(chǎn)物在其中反應(yīng), 使得部分裂解產(chǎn)物滯留在凝聚相成炭, 進(jìn)入氣相的裂解產(chǎn)物明顯減少[13]。 圖4(b)和(c)分別為RPUF和RPUF/EG30熱解生成的碳?xì)浠衔镆约癈O2強度隨時間變化曲線, 可見碳?xì)浠衔锖虲O2釋放區(qū)間在750～1 250 s區(qū)間, 屬于第一階段產(chǎn)物, RPUF/EG30這兩種產(chǎn)物強度皆強于RPUF。 圖4(d)為RPUF和RPUF/EG30熱解產(chǎn)生CO強度隨時間變化曲線, 可見CO釋放區(qū)間主要在2 000～2 500 s區(qū)間, 屬于第二階段產(chǎn)物, RPUF/EG30生成的CO強度明顯弱于RPUF。 上述現(xiàn)象與Gram-Schmidt曲線結(jié)果高度一致。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]低濃度酸對糖類物質(zhì)的碳化現(xiàn)象研究[J]. 張昕,賀安琪,康廷國,夏錦明,翁詩甫,徐怡莊,吳瑾光.  光譜學(xué)與光譜分析. 2014(09)



本文編號：3285846