三嗪膨胀阻燃聚乳酸的制备及其性能研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:gfdsa008
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聚乳酸(PLA)具有良好的生物相容性,力学性能高等优点,被广泛的应用于医疗卫生,包装材料,建筑材料和汽车工业等领域。但是PLA极易燃烧,且燃烧时产生大量的熔滴,极易引发火灾,极大的限制了PLA材料的应用,因此对PLA材料的阻燃性能研究具有重大的意义。膨胀阻燃剂(IFR)具有低烟、无毒、抗熔滴等优点而被应用于聚乳酸的阻燃,但其仍然存在阻燃效率低、相容性差等缺点。本论文首先将实验室自制的成炭发泡剂(CFA)与聚磷酸铵(APP)及硅树脂复配成IFR并用于PLA的阻燃。结果表明:当APP与CFA的质量比为5:1,IFR添加量为15 wt%时,材料通过UL-94 V-0级,LOI值达到33.5%。TGA测试表明,IFR的加入使得材料的起始热降解温度降低,但在800℃时的残炭量有了明显的增加。CONE测试结果表明,与纯PLA材料相比,阻燃PLA材料的燃烧参数,如总热释放量(THR)和热释放速率(HRR)等都有了明显的降低。IFR的加入使得燃烧后炭层表面更加的连续致密均匀,且磷、氮和硅的含量明显增加,形成的炭层很好的保护了内部的材料,从而提高了材料的阻燃性能。为进一步提高三嗪膨胀阻燃剂对PLA材料的阻燃效率,本论文选取了具有很好气相阻燃作用的次磷酸铝(AHP)与IFR复配用于PLA材料的阻燃。结果表明:当AHP与IFR的质量比为1:6,阻燃剂的添加量为9 wt%时,PLA/IFR/AHP体系通过UL-94 V-0级,LOI值达到了31.2%,表明AHP同IFR对PLA材料具有良好的协效阻燃作用。TGA测试表明,同PLA/IFR材料相比,PLA/IFR/AHP体系的最大热降解速率有了明显的下降,同时提高了材料在800℃的残炭量。CONE测试结果表明,材料的THR和HRR的燃烧数值也有了明显的下降,燃烧后形成的炭层表面更加连续致密,炭层表面的碳及磷含量有所提高。上述体系中,由于阻燃剂的加入,使得PLA材料的力学性能降低。为了使PLA材料获得优异阻燃性能的同时,又能保持较好的力学性能,本论文选取了竹炭纤维(BPC)作为增强剂,将其与IFR复配添加到PLA材料中制备阻燃PLA材料。结果表明:当BPC的添加量为5 wt%, IFR的添加量为10 wt%时,PLA/IFR/BPC体系通过UL-94 V-0级,LOI值达到了31.6%。TGA测试表明,与添加相同份数的PLA/IFR体系相比较,材料的起始热降解温度有所降低,同时BPC的加入使得材料在800℃的残炭量得到提高。CONE测试结果表明,BPC的加入,降低了PLA/IFR/BPC材料的THR、 HRR的燃烧数值,炭层表面的碳含量也有所提高。力学性能测试表明,PLA/10wt%IFR/5 wt%BPC材料的拉伸强度为57.9 MPa,弯曲强度为79.7 MPa,缺口冲击强度为1.69 kJ·m-2,与PLA/IFR材料相比较,拉伸强度、弯曲强度和冲击强度提高了8.9%、16.3%和1.7%,BPC的加入,明显的提高了材料的力学性能。
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