本文關(guān)鍵詞：水鋁英石阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備及性能研究

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【摘要】：聚丙烯(PP)是目前使用量最大的三大通用塑料之一,其廣泛應(yīng)用于建筑、電器等方面。PP主鏈為簡單的C-H結(jié)構(gòu),基體中不存在阻燃元素,非常容易燃燒,極限氧指數(shù)(LOI)僅為18%,且燃燒時伴有大量的可燃熔滴和有毒煙霧產(chǎn)生,增加了火災(zāi)危險性,極大的限制了它的應(yīng)用,因此,PP阻燃性能的研究十分迫切,協(xié)效阻燃和納米阻燃具有阻燃效率高的特點,因此協(xié)效阻燃和納米阻燃已經(jīng)成為PP阻燃研究領(lǐng)域的一大熱點。本文把水鋁英石作為協(xié)效劑和阻燃劑對聚丙烯阻燃性能的影響進行了研究。(1)以水熱合成法合成了水鋁英石(ALL),通過X射線衍射(XRD)和傅立葉紅外光譜(FT-IR)表征了目標(biāo)產(chǎn)物水鋁英石的結(jié)構(gòu)。將ALL與傳統(tǒng)膨脹型阻燃劑IFR復(fù)配,采用熔融共混法制備了PP/IFR/ALL復(fù)合材料。通過極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒(UL-94)、錐形量熱測試(CONE)和熱重分析(TGA)分析了PP/IFR/ALL復(fù)合材料的阻燃性能和熱穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明水鋁英石的加入可以提高PP的極限氧指數(shù)(LOI)和垂直燃燒(UL-94)級別;錐形量熱(CONE)測試表明,PP/IFR/ALL復(fù)合材料的熱釋放速率(HRR)、最大熱釋放速率(PHRR)和質(zhì)量損失速率(MLR)均明顯的低于PP/IFR體系和純PP。熱重分析(TG)結(jié)果表明,2wt%的水鋁英石的加入可以提高PP的熱穩(wěn)定性和高溫下的殘?zhí)苛?相比于PP/IFR殘?zhí)苛刻岣吡舜蠹s7%。通過極限氧指數(shù)(LOI)和錐形量熱(CONE)測試后的數(shù)碼照片以及錐形量熱(CONE)測試后殘?zhí)康膾呙桦婄R(SEM)照片都可以看出,水鋁英石的加入可以促進較均勻和致密的膨脹炭層的形成。以上結(jié)果表明,添加一定量的水鋁英石可以有效的與膨脹型阻燃劑IFR協(xié)同阻燃聚丙烯。力學(xué)性能和耐水性能測試表明,水鋁英石的加入還可以提高PP/IFR復(fù)合材料的拉伸強度、沖擊強度和耐水性能。(2)利用本課題組前期合成的一種三嗪成炭劑(PTPA)與聚磷酸銨(APP)按一定比例復(fù)配成新型膨脹阻燃劑(n IFR)與水鋁英石協(xié)同阻燃PP。當(dāng)向含有20wt%n IFR的PP/n IFR體系中添加少量(2wt%)水鋁英石時,體系的阻燃性能顯著提高,PP/n IFR的極限氧指數(shù)(LOI)達到33,熱釋放速率(HRR)下降明顯。為了了解產(chǎn)生這種阻燃效果的成因,對PP、PP/n IFR和PP/n IFR/ALL體系進行了熱重分析,并通過掃描電鏡對殘?zhí)康男蚊策M行了表征。結(jié)果表明,水鋁英石可以提高PP/n IFR的熱穩(wěn)定性,促進連續(xù)且更加致密的炭層的形成。同時,水鋁英石的加入使力學(xué)性能也有了一定的提高。(3)合成了對螺環(huán)磷酸酯二酰氯(SPDPC),并將其與水鋁英石反應(yīng)合成水鋁英石接枝對螺環(huán)磷酸酯二酰氯(ALL-g-SPDPC),并通過傅立葉紅外光譜表征了其結(jié)構(gòu)。采用熔融共混法制備了PP/ALL和PP/ALL-g-SPDPC復(fù)合材料。通過極限氧指數(shù)(LOI)、垂直燃燒等級(UL-94)、錐形量熱(CONE)和熱重分析(TGA)對其阻燃性能和熱穩(wěn)定性進行了研究。實驗結(jié)果表明,不論是ALL還是ALL-g-SPDPC都可以提高PP的阻燃性能和熱穩(wěn)定性,而ALL-g-SPDPC提高的程度明顯大于ALL。
【關(guān)鍵詞】：聚丙烯 協(xié)效阻燃 熱穩(wěn)定性 耐水性
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 注釋表14-15
• 第一章 緒論15-29
• 1.1 前言15
• 1.2 聚丙烯的燃燒和阻燃機理15-17
• 1.2.1 聚丙烯的燃燒過程和機制15-16
• 1.2.2 聚丙烯阻燃的作用機理16-17
• 1.3 聚丙烯常用的阻燃劑種類17-24
• 1.3.1 鹵系阻燃劑18-19
• 1.3.2 金屬氫氧化物類阻燃劑19-20
• 1.3.3 磷系阻燃劑20-21
• 1.3.4 硅系阻燃劑21-22
• 1.3.5 氮系阻燃劑22-23
• 1.3.6 膨脹型阻燃劑23-24
• 1.4 阻燃聚丙烯的研究現(xiàn)狀24-25
• 1.5 協(xié)同阻燃作用的研究25-27
• 1.6 納米阻燃作用的研究27
• 1.7 選題的目的意義和研究的主要內(nèi)容27-29
• 1.7.1 選題的目的意義27-28
• 1.7.2 研究的主要內(nèi)容28-29
• 第二章 水鋁英石的合成及其與傳統(tǒng)的膨脹型阻燃劑協(xié)效阻燃聚丙烯（PP）的研究29-46
• 2.1 引言29
• 2.2 實驗原料和設(shè)備29-30
• 2.2.1 實驗原料29-30
• 2.2.2 實驗儀器和設(shè)備30
• 2.3 試樣的制備30-31
• 2.3.1 水鋁英石（ALL）的制備30
• 2.3.2 阻燃PP的制備30-31
• 2.3.3 樣品制備的工藝條件31
• 2.4 試樣的表征31-33
• 2.4.1 X射線衍射（XRD）測試31
• 2.4.2 傅里葉紅外光譜（FT-IR）測試31
• 2.4.3 熱失重分析（TGA）測試31-32
• 2.4.4 極限氧指數(shù)（LOI）測試32
• 2.4.5 垂直燃燒（UL-94）測試32
• 2.4.6 錐形量熱儀（CONE）測試32-33
• 2.4.7 殘?zhí)啃蚊卜治?/span>33
• 2.4.8 力學(xué)性能測試33
• 2.4.9 耐水性測試33
• 2.5 結(jié)果與討論33-45
• 2.5.1 水鋁英石的FT-IR分析33
• 2.5.2 水鋁英石的XRD分析33-34
• 2.5.3 水鋁英石對PP/IFR LOI及UL-94性能的影響34-36
• 2.5.4 水鋁英石對PP/IFR錐形量熱性能的影響36-41
• 2.5.5 水鋁英石的熱穩(wěn)定性及其對PP/IFR熱穩(wěn)定性能的影響41-43
• 2.5.6 水鋁英石對PP/IFR殘?zhí)啃蚊驳挠绊?/span>43-44
• 2.5.7 水鋁英石對PP/IFR力學(xué)性能的影響44
• 2.5.8 水鋁英石對PP/IFR耐水性能的影響44-45
• 2.6 本章小結(jié)45-46
• 第三章 水鋁英石與新型膨脹阻燃劑（n IFR）協(xié)同阻燃PP的研究46-55
• 3.1 引言46
• 3.2 實驗原料和設(shè)備46-47
• 3.2.1 實驗原料46-47
• 3.2.2 實驗儀器和設(shè)備47
• 3.3 試樣的制備47-48
• 3.3.1 中間體ⅠCYCUS（2, 4-二氯6二苯胺基-1, 3, 5-三嗪）的制備47
• 3.3.2 三嗪阻燃劑PTPA的合成47-48
• 3.3.3 阻燃PP的制備48
• 3.3.4 樣品制備的工藝條件48
• 3.4 試樣的表征48-49
• 3.4.1 傅里葉紅外光譜測試48
• 3.4.2 極限氧指數(shù)測試48
• 3.4.3 垂直燃燒測試48
• 3.4.4 熱失重分析（TGA）測試48
• 3.4.5 錐形量熱測試測試48
• 3.4.6 殘?zhí)繏呙铚y試48-49
• 3.4.7 力學(xué)性能測試49
• 3.5 結(jié)果與討論49-54
• 3.5.1 水鋁英石對PP/n IFR極限氧指數(shù)（LOI）及UL-94性能的影響49
• 3.5.2 水鋁英石對PP/n IFR錐形量熱性能性能的影響49-51
• 3.5.3 水鋁英石對PP/n IFR熱穩(wěn)定性能的影響51-53
• 3.5.4 水鋁英石對PP/n IFR殘?zhí)啃蚊驳挠绊?/span>53
• 3.5.5 水鋁英石對PP/n IFR力學(xué)性能的影響53-54
• 3.6 本章小結(jié)54-55
• 第四章 水鋁英石及水鋁英石接枝SPDPC阻燃聚丙烯的研究55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 實驗原料和設(shè)備55-56
• 4.2.1 實驗原料55-56
• 4.2.2 實驗儀器與設(shè)備56
• 4.3 試樣的制備56
• 4.3.1 SPDPC（螺環(huán)磷酸酯二酰氯）的合成56
• 4.3.2 ALL-g- SPDPC的合成56
• 4.3.3 阻燃PP的制備56
• 4.3.4 樣品制備的工藝條件56
• 4.4 試樣的表征56-57
• 4.4.1 傅里葉紅外光譜（FT-IR）測試56-57
• 4.4.2 極限氧指數(shù)測試57
• 4.4.3 垂直燃燒測試57
• 4.4.4 熱失重分析（TGA）測試57
• 4.4.5 錐形量熱測試測試57
• 4.4.6 殘?zhí)繏呙铚y試57
• 4.4.7 力學(xué)性能測試57
• 4.5 結(jié)果與討論57-66
• 4.5.1 SPDPC及ALL-g-SPDPC的FT-IR表征57-58
• 4.5.2 ALL和ALL-g-SPDPC對PP極限氧指數(shù)（LOI）及UL-94性能的影響58-59
• 4.5.3 PP復(fù)合材料的CONE分析59-62
• 4.5.4 PP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性研究62-65
• 4.5.5 PP復(fù)合材料的力學(xué)性能研究65-66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-69
• 參考文獻69-75
• 致謝75-76
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

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本文編號：535456