聚乙烯—醋酸乙烯酯-鐵氧化物復(fù)合材料制備及其火安全性研究.pdf

1、聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)是一種常用聚烯烴材料，它可以作為熱熔性粘合劑，包裝，電線和電纜絕緣，地毯等。但是，其易燃性以及燃燒過程中產(chǎn)生的大量有毒煙氣嚴(yán)重制約了聚乙烯-醋酸乙烯酯在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。因此，為了擴(kuò)大聚乙烯-醋酸乙烯酯材料的使用范圍，研究和發(fā)展阻燃性聚乙烯-醋酸乙烯酯材料顯得非常重要。首先本文綜述了無鹵阻燃技術(shù)應(yīng)用于聚乙烯-醋酸乙烯酯中的現(xiàn)狀。其次，探索了幾種含鐵氧化物在聚乙烯-醋酸乙烯酯復(fù)合材料中阻止燃燒的原因。最后，采用穩(wěn)

2、態(tài)管式爐煙氣毒性試驗(yàn)平臺(tái)(SSTF)研究了這些聚乙烯-醋酸乙烯酯復(fù)合材料在氧氣充足條件下的燃燒煙氣毒性。
　　1.制備出β-羥基氧化鐵(β-FeOOH)和二氯代磷酸苯酯修飾的β-羥基氧化鐵(β-FeOOPDCP)，將其應(yīng)用于聚乙烯-醋酸乙烯酯中，制備出一系列EVA/β-FeOOH和EVA/β-FeOOPDCP復(fù)合材料。熱重(TGA)測(cè)試表明，復(fù)合材料的成炭有明顯提高。錐形量熱儀測(cè)試表明β-FeOOH和β-FeOOPDCP的加入在一

3、定程度上降低熱釋放速率峰值和總熱釋放量;熱重-紅外(TGA-FTIR)測(cè)試表明在熱解過程中，β-FeOOH或β-FeOOPDCP都降低了基體產(chǎn)生的裂解產(chǎn)物。對(duì)燃燒后的炭渣進(jìn)行X-射線衍射(XRD)測(cè)試。與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析(DMTA)測(cè)試表明，β-FeOOH和β-FeOOPDCP的加入有效提高了復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域的儲(chǔ)能模量。在老化測(cè)試中，研究結(jié)果表明，β-FeOOPDCP可能對(duì)聚合物基體的降解影響不大

4、。
　　2.將β-FeOOH和β-FeOOPDCP作為阻燃協(xié)效劑與氫氧化鎂復(fù)配用于聚乙烯-醋酸乙烯酯材料阻燃，制備出聚乙烯-醋酸乙烯酯/氫氧化鎂/β-羥基氧化鐵(EVA/Mg(OH)2/β-FeOOH)和聚乙烯-醋酸乙烯酯/氫氧化鎂/二氯代磷酸苯酯修飾的β-羥基氧化鐵(EVA/Mg(OH)2/β-FeOOPDCP)阻燃復(fù)合材料。TGA測(cè)試表明，復(fù)合材料中β-FeOOH或β-FeOOPDCP能有效地提高復(fù)合材料在高溫段的熱穩(wěn)定性和成

5、炭量。MCC測(cè)試表明，氫氧化鎂和β-FeOOH或β-FeOOPDCP復(fù)配可以顯著降低材料的熱釋放速率峰值(pHRR)，總熱釋放量(THR)和熱釋放能力(HRC)。僅將β-FeOOH和β-FeOOPDCP取代1％Mg(OH)2，就能使EVA/Mg(OH)2體系的LOI值由26±0.5 vol％分別提高到35±0.5 vol％和39±0.5 vol％;并且使UL-94值由無級(jí)別分別提高到Ⅴ-2和Ⅴ-0級(jí)別。SEM研究表明，加入β-FeOOP

6、DCP的體系比其它體系炭層更加結(jié)實(shí)，這可以有效地阻止傳熱和易燃揮發(fā)物的傳播，具有很好的阻燃性能。同時(shí)，TGA-FTIR測(cè)試顯示，加入β-FeOOPDCP能有效降低總揮發(fā)產(chǎn)物，碳?xì)浠衔?，乙酸和CO的生成量。因此，通過引入β-FeOOH或β-FeOOPDCP可以減少火災(zāi)隱患。在此基礎(chǔ)上，提出了延緩燃燒的原因。
　　3.借鑒β-FeOOH在聚乙烯-醋酸乙烯酯材料的優(yōu)異表現(xiàn)，將鐵酸鑭(LaFeO3)應(yīng)用于聚乙烯-醋酸乙烯酯，制備出聚乙烯

7、-醋酸乙烯酯/氧化鐵(Fe2O3)，聚乙烯-醋酸乙烯酯/氧化鑭(La2O3)和聚乙烯-醋酸乙烯酯/鐵酸鑭(LaFeO3)復(fù)合材料。TGA測(cè)試表明LaFeO3的加入使得復(fù)合材料在高溫階段的熱穩(wěn)定性與成炭量都有一定的提高;錐形量熱測(cè)試結(jié)果顯示，加入LaFeO3可以降低復(fù)合材料的熱釋放速率峰值和總熱釋放量;炭渣的測(cè)試研究表明，LaFeO3可以提高材料的有序炭含量。TGA-FTIR測(cè)試揭示在熱解過程中，LaFeO3顯著降低基體中易燃揮發(fā)物的量。

8、并且在老化測(cè)試中，結(jié)果顯示LaFeO3的加入可能也對(duì)聚合物基體的降解影響不大。
　　4.把LaFeO3作為阻燃協(xié)效劑與膨脹阻燃劑復(fù)配，并且制備出聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑/氧化鐵(EVA/APP/PER/Fe2O3)，聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑/氧化鑭(EVA/APP/PER/La2O3)，聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑/氧化鐵/氧化鑭（EVA/APP/PER/Fe2O3/La2O3）和聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑/鐵酸

9、鑭（EVA/APP/PER/LaFeO3）復(fù)合材料。TGA測(cè)試表明，F(xiàn)e2O3，La2O3，F(xiàn)e2O3與La2O3混合物和LaFeO3的加入均能提高聚乙烯-醋酸乙烯酯膨脹阻燃復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。將Fe2O3，La2O3和LaFeO3取代0.5％膨脹阻燃劑(IFR)，就能使EVA/IFR體系的UL-94值由Ⅴ-2級(jí)別都提高到Ⅴ-0級(jí)別。錐形量熱測(cè)試均表明加入這些氧化物能顯著地降低其熱釋放速率峰值及總熱釋放量。其中加入LaFeO3的效果最好

10、。SEM研究炭渣的結(jié)果顯示添加不同氧化物對(duì)炭渣形貌有很大影響;采用XPS對(duì)炭渣進(jìn)行元素分析，引入LaFeO3能明顯地提高EVA阻燃復(fù)合材料的高溫穩(wěn)定性。并且在此基礎(chǔ)上，提出了阻燃機(jī)理。
　　5.按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，利用穩(wěn)態(tài)管式爐煙氣毒性試驗(yàn)平臺(tái)(SSTF)研究三組樣品（第一組:聚乙烯-醋酸乙烯酯，聚乙烯-醋酸乙烯酯/β-羥基氧化鐵，聚乙烯-醋酸乙烯酯/二氯代磷酸苯酯修飾后的β-羥基氧化鐵和聚乙烯-醋酸乙烯酯/鐵酸鑭;第二組:聚乙烯-醋酸

11、乙烯酯/氫氧化鎂，聚乙烯-醋酸乙烯酯/氫氧化鎂/二氯代磷酸苯酯修飾的β-羥基氧化鐵和聚乙烯-醋酸乙烯酯/氫氧化鎂/鐵酸鑭;第三組:聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑，聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑/二氯代磷酸苯酯修飾的β-羥基氧化鐵和聚乙烯-醋酸乙烯酯/膨脹阻燃劑/鐵酸鑭復(fù)合材料）的煙氣毒性。研究表明:在氧氣供應(yīng)充足條件下，聚乙烯-醋酸乙烯酯材料在燃燒過程中，其消耗的氧氣主要進(jìn)入二氧化碳中;β-FeOOPDCP和LaFeO3的加入能夠在一定