聚磷酸哌嗪的合成及其在阻燃聚丙烯中的实验应用研究

文章以多聚磷酸及无水哌嗪为起始原料,在高温条件下一步合成高聚合度聚磷酸哌嗪。通过热重分析研究了聚磷酸哌嗪的热稳定性,然后将聚磷酸哌嗪与聚磷酸三聚氰胺盐按3∶2的质量比复配后按25%的添加量加到聚丙烯中,制备阻燃聚丙烯复合材料,用目前常用的聚磷酸铵体系膨胀型阻燃剂来进行对比--按同样的添加比例将聚磷酸铵体系膨胀型阻燃剂加入聚丙烯中,通过垂直燃烧(UL94)测试研究了材料的阻燃性能;通过悬臂梁冲击强度等测试研究了材料的力学性能。结果表明:合成产物聚磷酸哌嗪的起始热分解温度为280℃,表明聚磷酸哌嗪具有良好的热稳定性。当复合阻燃剂的总添加量为25%时,聚磷酸哌嗪体系和聚磷酸铵体系复合材料均可通过UL94V-0级垂直燃烧测试,但复合材料样条经70℃水煮7d后,聚磷酸哌嗪复合材料仍然通过UL94V-0级垂直燃烧,而聚磷酸铵体系复合材料仅能通过UL94V-1级别。结果表明聚磷酸哌嗪体系膨胀型阻燃剂对聚丙烯具有良好的阻燃作用,且性能优于聚磷酸铵体系膨胀型阻燃剂。

磷酸哌嗪阻燃剂的合成及其在聚氨酯注浆材料中的应用

聚氨酯(PU)作为注浆材料在矿井下有广泛的应用,但由于其在固化过程中放热,可能导致自燃,给井下应用带来安全隐患,因此提高聚氨酯材料的阻燃性能是非常重要的。以磷酸和无水哌嗪为原料合成了一种N-P协同型无卤阻燃剂聚磷酸哌嗪。以红外光谱和热重分析对其结构以及热性能进行表征;进一步将聚磷酸哌嗪以不同添加量对聚氨酯进行阻燃改性,研究改性后阻燃聚氨酯的各种性能。结果表明:聚磷酸哌嗪对PU具有明显的促进成炭作用。随着添加量的增加,极限氧指数(LOI)增长显著,其中PU-聚磷酸哌嗪20%的LOI值可达28.5%,UL-94的等级可达V-0级,属于难燃自熄材料,可以达到矿用注浆材料的新阻燃标准。扫描电镜测试结果表明,其燃烧后残炭表面为致密炭层,具有凝聚相阻燃特征。力学测试结果表明,随着聚磷酸哌嗪含量的增加,聚氨酯的力学性能会有所降低,但添加量为20%时,抗压强度仍然大于40MPa,满足最新安全标准要求。