新型绿色成炭剂的制备以及成炭机理研究

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膨胀阻燃剂(IFR)具有无卤、低毒、低烟的优点,是阻燃剂发展的一个重要方向。但IFR还存在一些缺点,比如添加量较大、阻燃效率较低、易吸潮等,这限制了它的应用范围。因此,如何解决这些缺点成了摆在众多学者前面的问题。为了解决这个问题,本文分别采用羟基磷灰石、磷腈微球(PZS)和磷腈微球催化剂(PZS-g-PMo)作为协效成炭剂,将其与IFR(APP/PER=3/1)复配后用于阻燃聚丙烯(PP)。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)对材料的阻燃性能进行了表征,采用热失重分析对材料的降解过程进行了表征,采用扫描电镜和X射线光电子能谱对炭层的形貌和结构进行了表征。并对各复合体系的阻燃机理进行了推测,具体叙述如下:1)将羟基磷灰石(HAP)与IFR复合协同阻燃PP,结果发现当加入0.5wt%的HAP和19.5wt%的PP时,阻燃效果最好,材料的极限氧指数达到了29.9%,垂直燃烧能够通过UL-94V-0级别,并且炭层的热稳定性较高,但HAP含量增加后垂直燃烧级别又下降,这是由于HAP的弱碱性影响了IFR的成炭过程,降低了成炭效率。另外热失重分析表明HAP加入提高了PP/IFR材料的热稳定性。2)制备了PZS,采用红外光谱、荧光光谱和扫描电镜对其结构和形貌进行了表征,将其与IFR用于协同阻燃PP,结果发现PZS提高了炭层对热量的隔绝作用,能够增强炭层的致密性,在加入0.5wt%的PZS和24.5wt%的IFR时,材料的极限氧指数达到31.1%,垂直燃烧级别为UL-94V-0级,但增大PZS的含量后,材料的阻燃性能下降,说明提高PZS含量不利于IFR阻燃效率的提高。3)将磷钼酸接枝到PZS表面,用以提高其催化活性,用红外光谱、荧光光谱和扫描电镜对其结构和形貌进行了表征,将其与IFR用于协同阻燃PP,结果发现,当PZS-g-PMo质量分数为0.5%,IFR质量分数为19.5wt%时,样品的极限氧指数达到了最高,为31.5%,垂直燃烧级别为UL-94V-1级,而不含PZS-g-PMo的样品在垂直燃烧测试中无级别;热失重分析表明该样品的热稳定性最好,增大PZS-g-PMo的含量后,材料的阻燃性能下降,但最终的残炭量提高,说明炭层的耐热性更好。PZS-g-PMo与IFR之间显示出了一定的协同阻燃效应。
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