膨脹阻燃、納米阻燃及其協(xié)同阻燃聚丙烯的研究.pdf

1、聚丙烯具有透明度高、無毒、易加工、吸濕性低、抗沖強度高、耐化學腐蝕、電絕緣性好及惶價比高等優(yōu)點，從而被廣泛應用于化工、建筑、輕工、家電、包裝等領域，在五大通用塑料中，消費量僅次于聚乙烯位于第二。但是，由于聚丙烯本身極易燃（極限氧指數(shù)僅約17.0）、發(fā)熱量大，燃燒速度快及燃燒時伴隨著滴落，從而限制了其在對阻燃級別要求較高行業(yè)中的應用，因此，對PP的阻燃研究就顯得尤為重要。隨著目前阻燃領域綠色環(huán)保的呼聲日益高漲且阻燃法規(guī)日益苛刻，開發(fā)無鹵阻

2、燃聚丙烯的任務迫在眉睫。本文針對聚丙烯特殊的燃燒機理，對其開展了膨脹阻燃、納米阻燃及其協(xié)同阻燃三大方面的研究。 首先，從分子結構設計出發(fā)，采用三氯氧磷、4,4'-二氨基二苯甲烷和季戊四醇三種原料通過三步反應合成出了一種端氨基齊聚物型單組分（三源一體）膨脹型阻燃劑，聚（4,4-二氨基-二苯甲烷-O-雙環(huán)季戊四醇磷酸酯-磷酸酯），縮寫為PDBPP。采用紅外、氫核磁及X-射線光電子能譜等手段表征了其分子結構。熱重分析表明PDBPP無論

3、在空氣還是氮氣中都具有良好的熱穩(wěn)定性及優(yōu)異的膨脹成炭能力，如在空氣中的600℃時的殘?zhí)扛哌_55wt%，且與聚丙烯的加工及熱解溫度相匹配。隨著PDBPP的加入，不僅使聚丙烯的熱穩(wěn)定性和極限氧指數(shù)大幅度提高，還使聚丙烯的熱釋放速率、總放熱量及質量損失速率顯著降低。當用相容劑—馬來酸酐接枝聚丙烯來增容阻燃聚丙烯體系后，PDBPP在基體中的分散尺寸減小到原來的十分之一，增強了PDBPP與基體間的界面粘附力。另外，增容反應使聚丙烯的熱穩(wěn)定性和阻燃

4、性能進一步提高。最為重要的是，增容反應使阻燃聚丙烯的拉伸強度維持了純聚丙烯的拉伸強度值。 其次，采用富勒烯（C60）阻燃聚丙烯。在低添加量時，即≤2wt%，熱重分析和錐形量熱分析表明C60不僅使聚丙烯的熱穩(wěn)定性和熱氧化穩(wěn)定性顯著提高，與碳納米管對聚丙烯的熱穩(wěn)定性提高幅度相當，而且使聚丙烯燃燒時的熱釋放速率、質量損失速率大幅度降低。流變行為、熱處理及殘?zhí)康妊芯拷沂綜60之所以可以提高聚丙烯的熱穩(wěn)定性和阻燃性能，是因為其可以捕捉聚丙

5、烯降解時產(chǎn)生的自由基及其衍生的高活性的H·和·OH自由基，同時使得熔體的粘度急劇上升，這就使降解的小分子產(chǎn)物需要更多的能量和時間逃逸到上層。另一方面，動態(tài)力學測試表明C60在聚丙烯中體現(xiàn)了納米粒子的增強效應。 第三，利用C60和PDBPP為原料，合成了一種樹枝狀大分子納米/膨脹協(xié)同阻燃劑，即C60—d—PDBPP。采用紅外、氫核磁、X—射線光電子能譜、透射電鏡等手段表征了其分子結構及形貌。掃描電鏡和透射電鏡觀察顯示C60—d—P

6、DBPP比純C60更容易分散在聚丙烯中。熱重分析和錐形量熱分析表明前者比后者能更進一步提高聚丙烯的熱穩(wěn)定性，同時還使聚丙烯燃燒時的熱釋放速率和質量損失速率值進一步減小，延緩其燃燒過程，體現(xiàn)了很強的協(xié)同阻燃效應。阻燃機理研究表明C60超強的捕捉自由基能力及PDBPP的高成炭能力之間存在著協(xié)同效應，從而使的聚丙烯的熱穩(wěn)定性和阻燃性能得到進一步改善。 第四，利用C60和碳納米管為原料，通過碳納米管的羥基化、氨基化及C60功能化三步反應

7、合成了一種納米/納米協(xié)同阻燃劑，即C60—d—CNTs。采用紅外光譜、X—射線光電子能譜、透射電鏡和掃描電鏡等手段表征了其分子結構及形貌。由于C60—d—CNTs中含有未反應的活性氨基和羥基，因此，通過添加馬來酸酐接枝聚丙烯來進行原位增容反應使其比純C60和碳納米管任何一者都更容易分散在聚丙烯基體中。阻燃機理研究表明C60的捕捉自由基能力和碳納米管形成的網(wǎng)絡結構所產(chǎn)生的屏蔽效應具有協(xié)同作用，與純碳納米管相比，C60—d—CNTs不僅能把

8、聚丙烯的熱降解溫度移向更高溫度，而且使其燃燒過程變得更加緩慢，熱釋放速率更小，表明兩者之間存在著顯著的協(xié)同阻燃效應。 最后，采用碳納米管的羥基化、磷?；霸豢s聚三步法合成了一種膨脹型阻燃劑包覆碳納米管協(xié)同阻燃劑，即IFR—w—CNTs。采用紅外光譜、X—射線光電子能譜、透射電鏡和掃描電鏡等手段表征了其分子結構及形貌。通過調節(jié)IFR與碳納米管兩者的投料比，可以控制IFR—w—CNTs的管徑，并為透射電鏡觀察所證實。由于IFR—w