【摘要】：空氣濾清器產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,給空濾紙的性能提出了更高的要求。除了具有優(yōu)異的凈化空氣的過(guò)濾性能、以及過(guò)濾紙頁(yè)的力學(xué)性能和加工性能以外,對(duì)其阻燃性能也提出了更高的要求。因此空氣濾紙所采用的增強(qiáng)樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能要求成為這類(lèi)過(guò)濾材料的關(guān)鍵。目前空氣濾紙使用苯丙乳液增強(qiáng),存在抗水性不足、使用壽命尤其是在沿海濕熱環(huán)境下的使用壽命短等不足,同時(shí)苯丙乳液增強(qiáng)的空濾紙多采用植物纖維抄造,無(wú)法解決日益重視的阻燃防火等安全問(wèn)題。因此,本論文從原料聚磷酸銨(APP)出發(fā),設(shè)計(jì)并制備一系列P、N、Si、B協(xié)同阻燃的阻燃劑,同時(shí)引入有機(jī)硅氧烷、聚醚等柔性結(jié)構(gòu),最后與苯丙乳液復(fù)配,制備綜合性能優(yōu)異的空氣濾紙。首先,APP作為當(dāng)代無(wú)鹵的綠色阻燃劑,在日常生活的各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。但由于其具有一定吸水性,故在纖維或紙張的應(yīng)用上,會(huì)導(dǎo)致纖維或紙張?jiān)谔砑覣PP后出現(xiàn)一定的吸潮吸濕現(xiàn)象。因此,對(duì)APP進(jìn)行疏水改性,是現(xiàn)階段一個(gè)重要的研究課題。通過(guò)溶膠凝膠法,在APP表面包覆納米級(jí)的SiO_2,在此基礎(chǔ)上,采用硅氫加成,在粒子表面進(jìn)行原位反應(yīng),進(jìn)行進(jìn)一步的微膠囊包覆,引入具有不同聚醚側(cè)鏈的有機(jī)硅氧烷結(jié)構(gòu)。充分考察反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量、不飽和鍵與硅氫鍵摩爾比、以及內(nèi)外層包覆的質(zhì)量比等因素,確認(rèn)了最佳制備條件:溫度為85℃,時(shí)間1.5hr,催化劑含量為30ug/g(以鉑的量占反應(yīng)物總質(zhì)量計(jì))。采用紅外光譜(FT-IR)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征;采用表面接觸角表征改性APP的親水性能,結(jié)果顯示通過(guò)雙層包覆的改性APP的疏水性有了一定改善,接觸角從原來(lái)的19.9°提高到41.2°;采用粒徑分析表征改性APP的粒徑大小及其分布規(guī)律;采用TGA分析發(fā)現(xiàn),通過(guò)雙層包覆的改性APP,其分解速率由原料APP的20%下降到7%左右,800℃的殘?zhí)柯室灿稍螦PP的21.73%提高到50%以上,充分說(shuō)明改性APP的耐熱性和阻燃性都獲得提高。為了進(jìn)一步改善粒子與乳液的相容性,以及提高材料的阻燃能力,在上述雙層包覆粒子的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步引入B元素。通過(guò)FT-IR分析確證其結(jié)構(gòu),通過(guò)粒徑分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)引入B元素以后,與相應(yīng)未引入B元素的粒子相比,其粒徑都變小,分布更均勻,同時(shí)與苯丙乳液的相容性獲得極大改善;通過(guò)掃描電鏡分析表面形貌,二次的包覆的改性APP在原料APP的表面形成一層平均厚度為4.01μm類(lèi)似荷葉表面微觀結(jié)構(gòu)的微米-納米尺寸的包覆層,使APP的表面形貌及粗糙度發(fā)生改變;采用TGA分析發(fā)現(xiàn),引入B元素的改性APP,其分解速率由原料APP的20%下降到5.2%左右,最大質(zhì)量損失由原料APP的60.71%降低到21.31%,800℃的殘?zhí)柯室灿稍螦PP的21.73%提高到50%以上,充分說(shuō)明在引入B元素后改性APP的耐熱性和阻燃性都得到進(jìn)一步的提升。在上述研究的基礎(chǔ)上,篩選出穩(wěn)定性良好的五種改性APP體系與苯丙乳液復(fù)配,考察了自制改性APP與苯丙乳液的共混體系用于增強(qiáng)空氣濾紙的性能,以及研究了空濾紙的抗水性能、阻燃性能和力學(xué)性能。采用紅外光譜(FT-IR)對(duì)共混體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征;采用粒徑分析表征共混樹(shù)脂體系的粒徑大小及其分布規(guī)律;采用TGA分析發(fā)現(xiàn),通過(guò)加入改性APP的苯丙乳液樹(shù)脂,其分解速率由純苯丙乳液的60%下降到27%左右,800℃的殘?zhí)柯室灿杉儽奖橐旱?.23%提高到30%以上,充分說(shuō)明增強(qiáng)樹(shù)脂的耐熱性和阻燃性都獲得提高。通過(guò)掃描電鏡觀察樹(shù)脂燃燒前后的形貌分析其阻燃機(jī)理,確定為凝聚相阻燃和氣相阻燃兩種機(jī)理的協(xié)同作用;當(dāng)經(jīng)過(guò)復(fù)配樹(shù)脂增強(qiáng)后,空氣濾紙的耐破度、抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、挺度以及斷裂功均較原濾紙得到大幅提升,其中耐破度和斷裂伸長(zhǎng)率較純苯丙乳液增強(qiáng)的空濾紙,從371kPa和4.89%最大能夠提高到440kPa和8.89%,分別提高了18.6%和81.8%;通過(guò)錐形量熱儀燃燒測(cè)試分析,與純苯丙乳液增強(qiáng)濾紙比較,復(fù)配樹(shù)脂增強(qiáng)濾紙的HRR、THR和TTI指標(biāo)均得到改善,說(shuō)明其阻燃性獲得較大提高。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TQ314.248;TS761.2
【圖文】：

圖 2-4 硅醇縮合生成納米 SiO2粒子Fig. 2-4 Condensation of silanol to form nano-SiO2particles80g APP 溶于 240mL 乙醇，升溫至 50℃，同時(shí)滴加 32g 正硅酸乙酯、320mL 乙醇溶液，以及 24mL 氨水、240mL 乙醇、160mL 去離子水混合溶液，并保溫 2h。干燥脫除溶劑，得 83.2gAPP-SiO2白色粉末，記為改性 APP-1[64]。圖 2-5 溶膠凝膠法制備改性 APP-1 過(guò)程Fig. 2-5 Preparation of modified APP-1 by sol-gel method

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文圖 2-4 硅醇縮合生成納米 SiO2粒子Fig. 2-4 Condensation of silanol to form nano-SiO2particles80g APP 溶于 240mL 乙醇，升溫至 50℃，同時(shí)滴加 32g 正硅酸乙酯、320mL 乙醇溶液，以及 24mL 氨水、240mL 乙醇、160mL 去離子水混合溶液，并保溫 2h。干燥脫除溶劑，得 83.2gAPP-SiO2白色粉末，記為改性 APP-1[64]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2742130