阻燃抗静电木粉-聚丙烯复合材料的制备及性能研究

以木粉和聚丙烯为主要原料,填充改性炭黑(M-CB)和可膨胀石墨(EG)制备阻燃抗静电木粉--聚丙烯木塑复合材料,并进行力学性能、表面电阻率、氧指数及燃烧性能、热失重行为、阻燃性能测试。结果表明:加入15g EG、10g M-CB后,木塑复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别增加了2.0%、5.2%和15.6%,电阻率下降到了108Ω;与空白样相比,复合材料的起始分解温度从255.0℃上升到了272.5℃,木粉最高分解温度由349.2℃下降到了287.5℃,聚丙烯的最高分解温度由448.1℃上升到了477.9℃,在800℃下的残炭率由9.9%上升到了33.5%;点燃时间从3 s增加到了14 s,在500 s时总热释放量下降了56.5%,残炭率提高了5倍,表现出显著的阻燃与抗静电性能。

DOPO基反应型阻燃剂的制备及其阻燃热塑性聚氨酯

以10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料,通过加成反应成功制备了含端异氰酸酯基的DOPO基反应型阻燃剂(DRFR),并将其引入到热塑性聚氨酯(TPU)基体中,从而制备阻燃TPU复合材料,并对TPU/DRFR复合材料的阻燃性能、燃烧行为、热降解性能和力学性能进行研究。结果表明,当DRFR的质量分数为26%时,TPU/DRFR复合材料的阻燃等级达到UL 94 V-0级,极限氧指数达27.6%,且熔滴得到了明显的抑制。DRFR的引入促进了TPU基体的提前降解炭化,从而使TPU/DRFR复合材料表面形成了致密、均一且坚硬的炭层,其有效地在固相中发挥了“挡板”作用,使得TPU/DRFR复合材料的热释放速率峰值和总热释放量与纯TPU相比分别降低了49.64%和34.65%。与此同时,DRFR在分解过程中,产生的含磷自由基和惰性气体有效地在气相中发挥了抑制作用,从而使得TPU/DRFR复合材料获得了优异的火安全性能。此外,DRFR的引入对TPU分子链段起到了交联作用,显著增强了TPU复合材料的拉伸强度。

耐水阻燃苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物/聚丙烯材料的制备及性能

以充油的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(O-SEBS)和聚丙烯(PP)按质量比2∶1混合后制备热塑性弹性体(TPE)材料。将耐水性能优异的焦磷酸二三聚氰胺(DMPy)和二乙基次膦酸铝(AlPi)添加到TPE材料中,对其阻燃、耐水等性能进行了研究。当DMPy/AlPi的质量比为1∶1、总添加量为38%时,TPE/DMPy/AlPi材料在垂直燃烧测试中达到了UL-94V-0级,氧指数为27.2%。材料在封闭的70℃水浴环境中放置168h后依然能通过UL-94V-0级,失重率仅为0.76%,表明材料具有优异的耐水性能。锥形量热测试表明,耐水测试后,材料的阻燃性能略有提升。

三聚氰胺聚磷酸盐/次磷酸铝阻燃高密度聚乙烯/木粉复合材料的制备与性能研究

采用三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和次磷酸铝(PAH)为阻燃剂,马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)为相容剂,通过熔融共混,制备阻燃木粉(WF)-高密度聚乙烯(HDPE)复合材料(HDPE/WF)。探索了三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)与次磷酸铝(PAH)组成的二元体系中MPP与PAH的最佳质量比,采用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)研究了阻燃HDPE/WF的阻燃性能,采用热重分析(TGA)研究了阻燃HDPE/WF的热分解过程,用扫描电镜(SEM)观察了阻燃HDPE/WF燃烧炭层的形貌。结果表明:当MPP和PAH的质量比为3∶2时,阻燃HDPE/WF的阻燃效果达到最好,LOI值为29.6%,垂直燃烧UL-94通过V-0级。TGA研究表明:MPP/PAH阻燃体系对HDPE/WF的热起始分解温度没有太大影响,但却提高了材料在高温时的热稳定性,同时提高材料的成炭性能。通过SEM观察得到:炭层密度增加,有效阻止了氧气入到材料的内部并降低了导热性,也使得内部可燃性气体无法逸出,从而提高材料的阻燃性。

含磷阻燃固化环氧树脂复合材料的制备及性能研究

以1-氧-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂-1-磷杂双环[2.2.2]辛烷(PEPA)和偏苯三甲酸酐(TMA)为原料合成了集阻燃固化功能于一体的化合物PEPA-TMA,并将其作为阻燃固化剂与三聚氰胺氰尿酸(MCA)复配,制备了不同含磷量的阻燃环氧树脂EP/PAPE-TMA/MCA。采用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)研究了阻燃树脂的阻燃性能,采用热重分析(TGA)研究了阻燃树脂的热分解过程,用扫描电镜(SEM)观察了阻燃树脂燃烧炭层的形貌。研究结果表明,当含磷质量含量达到2.5%时,阻燃EP/PAPE-TMA/MCA体系的阻燃效果达到最好,LOI值为31.2%,垂直燃烧UL-94通过V-0级,800℃时材料的残炭量达到33.7%。TGA研究表明PEPA-TMA对EP/MCA体系的热起始分解温度没有太大影响,但提高了材料在高温时的热稳定性和成炭性能。通过SEM观察得到炭层密度增加,起到了隔热、隔氧作用,发挥了凝聚相阻燃作用。此外,MCA在燃烧过程中有NH_3等不燃气体逸出,有效地稀释了气相中的氧气浓度,发挥了气相阻燃作用,对材料的阻燃有协同作用。

固体超强酸改性分子筛对膨胀阻燃体聚丙烯材料的性能影响

以固体超强酸改性分子筛作为协效剂,与RTB-IFR膨胀阻燃剂(未含协效剂成分)复配,用于PP的阻燃。研究添加改性分子筛的RTB-IFR对PP的阻燃性能、力学性能及热降解行为的影响。实验表明:对4A分子筛进行改性后,添加到RTB-IFR中,材料的阻燃性能没有明显提高,对13X分子筛进行改性,添加到RTB-IFR中,材料的阻燃性能有所提高,氧指数比没改性时提高了1%左右,1.6 mm样条的垂直燃烧也由UL94V-1级提高到UL94V-0级。对H-BETA分子筛进行改性,添加到RTB-IFR中,阻燃性能也有一定提高,其中负载镍的固体酸的H-BETA分子筛,氧指数达到35.0%,垂直燃烧通过UL94V-0级。力学性能测试表明:改性分子筛对材料的力学性能影响不大。TG测试表明:加入改性分子筛的阻燃剂后,改变了RTB-IFR和PP/RTB-IFR的热降解过程,提高了高温时成炭量和炭层的热稳定性和热绝缘性,使PP/RTB-IFR的阻燃性能得到提高。

水稻秸秆与稻壳制备阻燃木塑复合材料的对比研究

采用聚磷酸铵(APP)为阻燃剂,通过熔融共混,制备阻燃水稻秸秆与阻燃稻壳粉聚丙烯复合材料。通过力学性能、极限氧指数、垂直燃烧、热重分析(TGA)和扫描电镜(SEM)等表征手段研究了材料的力学、阻燃及热降解行为。结果表明:APP与秸秆粉的阻燃效果好于稻壳粉,当添加18%APP时,聚丙烯/秸秆粉复合材料可达到V-0级,氧指数提高了17.5%。对于聚丙烯/稻壳粉体系,APP添加20%时才达到V-0级。TGA与SEM研究表明:APP的添加使复合材料在燃烧过程中形成膨胀的致密炭层是阻燃的主要原因。

季戊四醇芳基膦酸酯的制备及阻燃环氧树脂作用机制

为了提高环氧树脂(EP)的阻燃性能,以传统的成炭剂季戊四醇(PER)和苯基膦酰二氯(PPDC)为原料,通过亲核取代反应成功制备了阻燃剂季戊四醇芳基膦酸酯(PBPP)。并将其引入到EP基体中,制备了阻燃EP复合材料。通过测试表明,当PBPP的质量分数为6%时,EP/PBPP6复合材料顺利获得了UL-94V-0级,极限氧指数达32.5%,且EP材料的熔滴得到了明显的抑制。热重分析表明,PBPP的引入促进了EP基体的提前降解炭化,使得EP/PBPP复合材料表面形成了致密且坚硬的炭层,其有效地在凝聚相中发挥了屏障作用,使得EP/PBPP复合材料的PHRR和THR相比于纯EP,分别降低了66.9%和50.4%。此外,PBPP在分解过程中产生的含磷自由基有效地在气相中发挥了抑制作用,使EP/PBPP复合材料的av-EHC显著降低,赋予了EP优异的火安全性能。

新型大分子磷氮阻燃剂的合成及其在阻燃聚碳酸酯中的应用

以苯基膦酰二氯和哌嗪为原料合成了一种新型大分子含磷氮阻燃剂——聚苯基磷酰哌嗪(1),其结构经1H NMR,31P NMR和IR表征。对阻燃聚碳酸酯(2)的极限氧指数(LOI)测试结果表明:添加7%的1时,2的LOI值为34.8%。

表面化学接枝改性阻燃棉织物的制备与性能

采用高碘酸钠对棉织物表面进行选择性氧化生成醛基,选取乙二胺与醛基反应,通过膦氢化加成反应将阻燃剂亚磷酸二甲酯接枝到棉织物表面,最后通过三羟甲基三聚氰胺对棉织物表面进行接枝改性,制备了含三羟甲基三聚氰胺/乙二胺/亚磷酸二甲酯阻燃棉织物.通过傅里叶红外光谱(FTIR)对改性后棉织物的结构进行了表征,通过极限氧指数(LOI)测试研究了其阻燃性能,通过锥形量热测试研究了其燃烧行为,通过在40℃皂水中洗涤10次考察了其耐水性能,通过扫描电子显微镜测试了其表面及燃烧后炭层的形貌.研究结果表明,经表面改性后,棉织物的LOI值由(19.5±1.0)%提高到了(43.1±1.0)%,经耐水洗测试后,LOI值仅下降至(42.6±1.0)%,保持了非常好的阻燃性能,表明通过表面接枝方法制备的三羟甲基三聚氰胺/乙二胺/亚磷酸二甲酯阻燃棉织物具有非常好的耐水洗性能.表面阻燃改性提高了棉织物在燃烧过程中的成炭性能,形成的连续膨胀的炭层较好地保护了内部织物,抑制了织物的降解和燃烧,从而提高了棉织物的阻燃性能.

分子筛和SiO2对含三嗪大分子膨胀阻燃聚丙烯体系的阻燃协效性

研究了两种化合物4A分子筛(Zeolite4A)和二氧化硅(SiO2)对聚丙烯膨胀阻燃新体系聚丙烯/聚磷酸铵/三嗪系成炭剂(PP/APP/CFA)阻燃性的影响,通过垂直燃烧、氧指数、热重分析、锥形量热仪和扫描电镜等技术研究表明,这两种含硅物质均能有效提高聚丙烯体系的阻燃性。膨胀阻燃剂能有效降低聚丙烯材料的热释放速率和烟释放速率,特别是,这两种含硅物质能明显降低聚丙烯体系第二个燃烧过程的热释放速率和烟释放速率。

阻燃木粉—聚丙烯复合材料的热解特性及热解动力学研究

采用热重分析仪分析阻燃木粉—聚丙烯复合材料的热解特性,并研究不同升温速率对添加聚磷酸铵(APP)、改性聚磷酸铵(M-APP)的阻燃木塑复合材料热解行为的影响,通过热重曲线建立热解动力学方程和分布活化能模型,揭示了阻燃木粉—聚丙烯复合材料的热稳定性、热解反应活化能。结果表明:APP和M-APP2种阻燃剂相比,M-APP降低了复合材料的起始分解温度,并提高了木塑复合材料的残炭量;M-APP使木粉最高分解温度由344.8℃降低到334.1℃,使聚丙烯的最高分解温度由518.5℃提高到525.6℃,残炭量由19.4%提高到21.7%;添加M-APP木塑复合材料的活化能比添加APP的低。所以作为木粉—聚丙烯木塑复合材料的阻燃剂,M-APP的阻燃效果优于APP。

聚乙二醇/木塑复合相变储能材料的制备

以木塑(木粉/聚丙烯)为支撑材料,聚乙二醇-4000(PEG-4000)为相变基元,通过木粉纤维孔洞物理吸附PEG-4000的储能作用,制备了聚乙二醇/木塑复合相变储能材料。通过力学性能、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)等研究了所制备材料的综合性能。研究表明:随着PEG-4000理论添加量的增加,复合材料相变焓先增加后减少,实验确定PEG-4000最佳理论添加量为20%(载药率为87.92%),此时复合材料相变焓为35.78J/g;PEG-4000的加入使复合材料拉伸强度提高了22.99%,弯曲强度提高了16.32%,热稳定性能明显增加,最大热分解温度提高了62.4℃。

膨胀阻燃剂对石蜡/聚丙烯相变材料热降解及相变储能性能的影响

以聚磷酸铵(APP)、三嗪系成炭发泡剂(CFA)作为石蜡/聚丙烯定形相变材料(PCM)的膨胀阻燃剂。采用热重分析仪(TGA)分析阻燃石蜡/聚丙烯定形相变材料的热解特性,揭示了此体系的热稳定性,并以差示扫描量热仪(DSC)研究阻燃PCM的相变储能性能。结果表明:随着膨胀阻燃剂(CFA和APP)的添加,PCMs起始分解温度降低,残炭量由0.4%增加到17.1%,有效的提高了材料的阻燃性能和热稳定性。膨胀阻燃剂基本不影响相变材料的储能性能,但与聚丙烯(PP)的含量有关,PP含量越高,储能量越低,相变温度越滞后。

聚乳酸/酯化纤维素复合材料的制备与表征

通过气固反应利用马来酸酐(MA)对纤维素进行酯化改性,采用熔融共混工艺制备了聚乳酸(PLA)/酯化纤维素复合材料。红外分析表明纤维素与MA发生了酯化反应。力学性能测试、热重分析、差示扫描量热仪、扫描电镜等分析表明,PLA/酯化纤维素复合材料的拉伸模量和弯曲模量随酯化纤维素含量的增加而升高,拉伸强度、弯曲强度和热稳定性随酯化纤维素含量的增加而降低;复合材料的结晶温度相对纯PLA较高,说明酯化纤维素的加入起到了异相成核作用,使结晶速率提高。酯化纤维素在复合材料中分散充分,但两者的界面黏结力较弱。

螺环磷酸酚酯阻燃PC/HDPE的制备及其性能

分别用螺环磷酸苯酚酯(SPP)和螺环磷酸对甲苯酚酯(SCP)与磷酸蜜胺盐(MP)复配对PC/HDPE(25∶75)共混材料进行了阻燃处理,评价了材料的阻燃性能、力学性能以及热分解性能。未阻燃的PC/HDPE的极限氧指数(ILO)是18.9%,当阻燃剂添加量均为22%时,SPP阻燃的PC/HDPE共混材料的ILO达到26.2%,SCP阻燃的达到26.8%;拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击韧性分别由未阻燃的26.8、34.4 MPa和19.6 kJ/m2变为18.0、26.5 MPa和9.1 kJ/m2以及17.1、27.1 MPa和10.7 kJ/m2;5%热分解温度均由373℃降到302℃,降低了71℃;50%热分解温度均由460℃升到480℃,提高了20℃。

三聚氰胺聚磷酸盐/笼状季戊四醇磷酸酯协效阻燃聚丙烯/稻壳复合材料的研究

利用三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和笼状季戊四醇磷酸酯(PEPA)的阻燃协效作用,复配成膨胀型阻燃剂(IFR)对聚丙烯(PP)/稻壳(RH)复合材料进行阻燃。研究了MPP与PEPA复配比例对PP/RH复合材料阻燃性能的影响。采用垂直燃烧(UL-94)和极限氧指数(LOI)研究了阻燃PP/RH复合材料的阻燃性能,采用热重分析研究阻燃PP/RH复合材料的热分解过程,采用扫描电镜(SEM)观察阻燃PP/RH复合材料燃烧后炭层的形貌。结果表明:当MPP/PEPA总用量为20%(wt%,质量分数),PEPA和MPP的质量分数比为1∶4时,阻燃PP/RH复合材料的LOI值为29.7%,垂直燃烧UL-94通过V-0级,PP/RH复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别增加了42.3%和53.6%。热重结果表明:MPP/PEPA复配能够延缓PP/RH体系中PP的分解,并提高了材料的成炭性,使PP/RH复合材料800℃下的残炭率由16.3%提高到了30.3%,残炭率升高了14.0%。通过SEM观察得到:两者复配使PP/RH复合材料燃烧后形成了致密均匀的多孔炭层,从而提高了PP/RH复合材料的阻燃性能。

环三磷腈-DOPO大分子阻燃剂的合成及阻燃环氧树脂性能

通过取代反应、缩合反应和加成反应等合成了一种无机-有机杂化大分子阻燃剂--六-[4-(N-苯基氨基-DOPO-次甲基)苯氧基]环三磷腈(DOPO-PCP),并利用傅里叶变换红外光谱、1H和31P核磁共振波谱对其进行结构表征.将DOPO-PCP用于环氧树脂(DGEBA)阻燃,得到环氧树脂阻燃固化物,通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)、热重分析与锥形量热(Cone)测试等对阻燃环氧树脂固化物的热稳定性及燃烧性能进行分析;利用扫描电子显微镜及Mapping观察并分析了燃烧碳层的形貌与元素分布.研究结果表明,产物的结构符合设计的DOPO-PCP分子结构;当DOPO-PCP在DGEBA中添加量(质量分数)达12. 2%时,磷含量为1. 3%,制得的阻燃环氧树脂固化物垂直燃烧测试通过UL-94 V-0级,LOI值为36. 2%;Cone测试结果表明,DOPO-PCP的添加有效降低了DGEBA燃烧时热量与烟气的释放,且在高温下碳残余量显著增加.研究表明DOPO-PCP兼具气相和凝固相阻燃机理,对DGEBA有良好的阻燃性能.

硅硼复配对木塑复合材料阻燃协效作用的研究

木塑复合材料(WPC)的阻燃研究近年来得到了广泛关注,硅系与硼系阻燃剂作为环境友好型阻燃剂成为了研究热点。将纳米SiO_2、聚硅氧烷分别与硼酸锌复配,应用在杨木粉-聚丙烯复合材料中测试其燃烧性能及力学性能,以判断是否具有阻燃协效作用及其对材料力学性能的影响。结果表明:纳米SiO_2、聚硅氧烷与硼酸锌之间存在阻燃协效作用,当m(纳米SiO_2)∶m(聚硅氧烷)∶m(硼酸锌)=4∶2∶4时,加入20%(wt,质量分数)的阻燃剂,阻燃型复合材料的燃烧性能达到最佳,极限氧指数为32.6%,UL-94达到V-0级,800℃时材料的残炭量达到37.2%。

三嗪膨胀阻燃聚乳酸的制备及其性能

将实验室自制的三嗪大分子成炭发泡剂(CFA)、聚磷酸铵(APP)及硅树脂复配成膨胀阻燃剂(IFR)添加到聚乳酸(PLA)材料中制备阻燃PLA(IFR-PLA)材料,通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)测试研究了材料的阻燃性能。通过热重分析(TGA)测试研究了材料的热降解行为和成炭性能,通过锥形量热(CONE)测试研究了材料的燃烧行为,并对其燃烧后残炭的形貌进行研究。结果表明:当APP与CFA的质量比为5∶1,IFR的添加量为15%时,IFR-PLA材料通过UL-94 V-0级,LOI值达33.5%。IFR的加入促进了PLA材料的降解和成炭,从而提高了材料的阻燃性能。