發(fā)布時間：2017-09-16 06:27

  本文關(guān)鍵詞：分子篩的改性對無鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料燃燒性能的影響

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【摘要】：作為五大通用塑料之一,聚丙烯(PP)應(yīng)用廣泛,但同時易燃且生煙量大。PP的阻燃中經(jīng)常使用成炭性優(yōu)異且無毒的膨脹型阻燃劑(IFR),但是少量的IFR起不到較好的阻燃作用,而較多的IFR又會對材料的力學(xué)性能造成負(fù)面影響,所以通常會在IFR中添加阻燃協(xié)效劑以提高阻燃效率,降低阻燃劑添加量。常見的協(xié)效劑有蒙脫土、高嶺土、分子篩等,其中分子篩的離子交換性能使其催化性能更具可控性,故本文采用多種方式方法對4A分子篩進行改性,探索不同的改性方法對分子篩協(xié)效阻燃以及PP復(fù)合材料綜合性能的影響。本課題首先采用NH4+離子交換并煅燒,將Lewis酸引入到分子篩中得到4A-L分子篩,通過X射線衍射分析(XRD)和傅里葉紅外光譜分析(FT-IR),發(fā)現(xiàn)離子交換對分子篩的結(jié)晶性及主要結(jié)構(gòu)單元都沒有影響,而煅燒后的分子篩結(jié)晶度降低,部分紅外振動峰發(fā)生偏移或降低。本文提出了Lewis酸性點的形成過程和機理：引入到分子篩中的NH4+替換了分子篩晶格中的Na+,之后經(jīng)過高溫煅燒,NH4+脫除形成氨氣,原NH4+所在的位置形成Lewis酸性點,但分子篩的骨架結(jié)構(gòu)并沒有完全破壞。將4A和4A-L分子篩分別加入到純PP和PP/IFR體系中,采用氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒(UL-94)和錐形量熱測試對PP復(fù)合材料的燃燒行為進行分析,結(jié)果表明4A-L與IFR之間存在良好的協(xié)效阻燃效果；通過對復(fù)合材料的熱失重分析(TGA)、凝聚相產(chǎn)物的FT-IR分析、殘?zhí)繏呙桦婄R(SEM)觀測,發(fā)現(xiàn)4A-L主要通過促進聚合物基體交聯(lián)成炭來提高其阻燃效果。這是因為4A-L中的lewis酸能與PP熱解后生成的芳香族化合物發(fā)生取代反應(yīng),使得鏈段間發(fā)生交聯(lián),進而促進了聚合物成炭。PP/IFR/4A-L(78/20/2)的LOI達(dá)到33.7%,拉伸強度為26 Mpa。其次,本課題將稀土元素鑭(La)和鈥(Ho)引入到分子篩中,得到4A-La和4A-Ho分子篩,以增加L酸酸性點,提高催化成炭性能。X射線熒光光譜分析(XRF)表明La和鈥Ho已成功地引入到分子篩中。XRD的分析結(jié)果表明單純的離子交換并不會明顯改變分子篩的骨架結(jié)構(gòu),但其晶面間距減小、結(jié)晶度降低。TGA的結(jié)果表明4A-La分子篩的吸附作用要好于4A-Ho分子篩,可以儲存更多的結(jié)晶水。LOI、UL-94和錐形量熱分析結(jié)果表明4A-La與IFR間存在協(xié)效阻燃作用且生煙量降低。加入2 wt.%4A-La后復(fù)合材料的LOI最高達(dá)到32.7%,UL-94也達(dá)到V1級別,與IFR的協(xié)效率達(dá)到1.81。最后,本課題將第四周期的5種金屬元素Ca、Co、Ni、Cu、Zn引入到分子篩中并通過高溫煅燒得到4A-Me,制備了含有不同分子篩的5種PP/IFR體系共混復(fù)合材料。通過LOI和UL-94測試,發(fā)現(xiàn)PP/IFR/4A-Cu的阻燃效果最好,錐形量熱分析顯示4A-Cu能在燃燒初期促進基體成炭,從而達(dá)到阻燃的目的。殘?zhí)康腟EM和EDS表征表明4A-Cu可以使得更多的C和N留在殘?zhí)恐?使得炭層更質(zhì)密更穩(wěn)定,隔絕基體和氧氣,阻止燃燒進一步蔓延。
【關(guān)鍵詞】：聚丙烯 分子篩改性 膨脹型阻燃劑 阻燃機理 協(xié)同效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ325.14;TB332
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-16
• 符號說明16-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 引言17
• 1.2 聚丙烯的結(jié)構(gòu)與性能特點17-19
• 1.2.1 聚丙烯的結(jié)構(gòu)和分類17-18
• 1.2.2 聚丙烯的主要性能18-19
• 1.3 高分子材料的燃燒過程及主要阻燃機理19-20
• 1.3.1 高分子材料的燃燒過程19-20
• 1.3.2 高分子材料的阻燃機理20
• 1.4 聚丙烯中常用阻燃劑20-21
• 1.5 膨脹阻燃與協(xié)效劑21-24
• 1.5.1 膨脹阻燃機理21-22
• 1.5.2 膨脹阻燃的燃燒特性22
• 1.5.3 膨脹阻燃發(fā)展現(xiàn)狀與不足22-23
• 1.5.4 協(xié)效劑23-24
• 1.6 分子篩的結(jié)構(gòu)與性能特點24-26
• 1.6.1 分子篩的結(jié)構(gòu)和分類24-25
• 1.6.2 分子篩的性能特點25-26
• 1.7 本課題的研究意義及研究內(nèi)容26-29
• 1.7.1 本課題的研究意義27
• 1.7.2 本課題的主要研究內(nèi)容27-29
• 第二章 實驗部分29-35
• 2.1 實驗原料29
• 2.2 實驗所用主要儀器和設(shè)備29-30
• 2.3 實驗制備30-31
• 2.3.1 改性分子篩的制備30
• 2.3.2 PP/IFR/分子篩復(fù)合材料的制備30-31
• 2.4 性能測試和表征31-35
• 2.4.1 傅里葉紅外分析(FT-IR)31-32
• 2.4.2 X射線衍射分析(XRD)32
• 2.4.3 極限氧指數(shù)(LOI)32
• 2.4.4 垂直燃燒實驗(UL-94)32-33
• 2.4.5 錐形量熱分析(Cone)33
• 2.4.6 熱失重分析(TGA)33
• 2.4.7 掃描電子顯微鏡(SEM)33
• 2.4.8 力學(xué)性能測試33
• 2.4.9 示差掃描量熱分析(DSC)33-34
• 2.4.10 X射線熒光光譜分析(XRF)34-35
• 第三章 酸性對分子篩協(xié)效阻燃膨脹型聚丙烯的影響35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 結(jié)果與討論35-51
• 3.2.1 分子篩結(jié)構(gòu)與性能的表征35-38
• 3.2.2 PP復(fù)合材料的燃燒行為分析38-41
• 3.2.3 PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性研究41-44
• 3.2.4 材料殘?zhí)拷Y(jié)構(gòu)及組成分析44-46
• 3.2.5 阻燃機理46-47
• 3.2.6 PP復(fù)合材料的力學(xué)性能47-49
• 3.2.7 PP復(fù)合材料的結(jié)晶行為49-51
• 3.3 本章小結(jié)51-53
• 第四章 稀土元素對分子篩協(xié)效阻燃膨脹型聚丙烯的影響53-63
• 4.1 引言53
• 4.2 含稀土元素的分子篩的表征53-55
• 4.2.1 分子篩內(nèi)組成分析53
• 4.2.2 分子篩的結(jié)構(gòu)分析53-54
• 4.2.3 分子篩的熱穩(wěn)定性分析54-55
• 4.3 PP復(fù)合材料的燃燒行為分析55-59
• 4.3.1 PP復(fù)合材料的LOI和UL-94分析55-57
• 4.3.2 PP復(fù)合材料的錐形量熱分析57-59
• 4.4 PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性59-61
• 4.4.1 復(fù)合材料的TGA分析59-60
• 4.4.2 不同溫度下煅燒的紅外分析60-61
• 4.5 PP復(fù)合材料的殘?zhí)啃蚊?/span>61-62
• 4.6 4A-La的協(xié)效阻燃機理62
• 4.7 本章小結(jié)62-63
• 第五章 金屬離子對分子篩協(xié)效阻燃膨脹型聚丙烯的影響63-71
• 5.1 引言63
• 5.2 不同金屬離子對分子篩組成的影響63-64
• 5.3 PP復(fù)合材料的燃燒行為分析64-67
• 5.3.1 PP復(fù)合材料的LOI和UL-94分析64-65
• 5.3.2 PP復(fù)合材料的錐形量熱分析65-67
• 5.4 PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性分析67-68
• 5.5 PP/IFR/4A-Ca與PP/IFR/4A-Cu殘?zhí)糠治?/span>68-69
• 5.6 4A-Cu的協(xié)效阻燃機理分析69
• 5.7 本章小結(jié)69-71
• 第六章 結(jié)論71-73
• 6.1 本課題的主要結(jié)論71-72
• 6.2 研究的創(chuàng)新點72
• 6.3 研究的不足之處與展望72-73
• 參考文獻73-79
• 致謝79-81
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文81-83
• 作者及導(dǎo)師簡介83-84
• 附件84-85

【參考文獻】

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本文編號：861419