以含磷增塑剂为反应介质合成单分子型膨胀阻燃剂b-MAP及阻燃聚丙烯的研究

以含磷增塑剂(ZP)为反应介质,通过三聚氰胺磷酸盐(MP)与季戊四醇(PER)反应合成了单分子型膨胀阻燃剂三聚氰胺磷酸季戊四醇酯(b-MAP),以及阻燃聚丙烯。采用热重分析(TG)、扫描电镜(SEM)研究了b-MAP阻燃PP的热失重行为、残炭形貌、阻燃剂分散状态等。结果表明:所制备的阻燃聚丙烯燃烧过程中可形成连续、致密的膨胀炭层,阻燃性能和力学性能良好。

PAPP-MPP-PER复配型阻燃剂对PP力学及阻燃性能的影响

将焦磷酸哌嗪(PAPP)、三聚氰胺磷酸盐(MPP)、季戊四醇(PER)复配用于聚丙烯(PP)阻燃改性,研究PAPP、MPP、PAPP-MPP、PAPP-MPP-PER阻燃剂对PP力学及阻燃性能的影响。通过拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度研究其力学性能,采用极限氧指数(LOI)、UL-94燃烧等级测试、热重分析、烟密度、锥量测试分析阻燃PP复合材料的阻燃性能。结果表明:PAPP-MPP-PER复配能起到良好的阻燃协同作用,能有效地提升聚丙烯复合材料的阻燃抑烟性能。当PAPP-MPP-PER阻燃剂添加量为30%时,LOI达30.8%,UL-94通过V-0级(1.6mm),800℃时残炭率为13.73%,燃烧最大比光密度(DS,max)相比于纯PP降低了26.9%。

羟基锡酸锌/MPP-PER协同阻燃聚丙烯的性能研究

将三聚氰胺磷酸盐(MPP)、季戊四醇(PER)用于聚丙烯(PP)阻燃改性,研究了羟基锡酸锌(ZHS)对PP抑烟效果的影响。采用极限氧指数(LOI)、UL-94燃烧等级测试、烟密度、锥量测试分析了阻燃PP复合材料的阻燃性能。结果表明,MPP-PER复配能起到较好的阻燃协同作用,能有效提升聚丙烯复合材料的阻燃性能;ZHS的加入能显著降低聚丙烯复合材料的产烟量。当MPP-PER阻燃剂添加量为26%,ZHS的添加量为3%时,LOI达25.1%,UL-94通过V-2级(1.6 mm),燃烧最大比光密度(Ds_(max))相比于纯PP降低了23.7%。

三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇在EVA中的阻燃研究

研究了三聚氰胺磷酸盐(M P)和季戊四醇(PER)作为膨胀型阻燃剂(IFR)在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的阻燃作用。采用氧指数法和垂直燃烧法研究了M P和PER不同配比对EVA阻燃效果的影响。实验结果表明,M P和PER的配比不同对体系的阻燃有很大影响。在M P和PER总添加量为50%时,M P/PER质量比为2∶1时显示出最好的阻燃效果,阻燃EVA体系氧指数最高,垂直燃烧达到V-0级。采用热分析研究了膨胀型阻燃EVA体系的热分解特性,以及采用激光拉曼光谱等手段对材料燃烧后形成的膨胀炭层进行了表征。

膨胀型阻燃剂PPM/PEPA对阻燃聚丙烯性能的影响

将季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐(PPM)和季戊四醇磷酸酯(PEPA)复配成一种新型膨胀型阻燃剂(IFR),并用于聚丙烯(PP)的阻燃。研究了该膨胀型阻燃剂的组成和用量对PP燃烧性能、力学性能和热性能等的影响,结果表明,由PPM和PEPA组成的IFR对PP具有优异的阻燃效果;PPM与PEPA质量比为3∶2,添加量为23%时,阻燃PP的氧指数为26.5%,阻燃级别达到UL94V0级;与PP相比,阻燃PP的弯曲强度提高,拉伸强度和冲击强度降低,熔点、起始分解温度降低,残炭量提高。

PM/PEPA协同阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的性能研究

将磷酸三聚氰胺盐(PM)和季戊四醇磷酸酯(PEPA)复配成一种新型的无卤阻燃剂,并对硬质聚氨酯泡沫(RPUF)塑料进行阻燃。利用极限氧指数(LOI)和热重分析(TGA)考察了阻燃RPUF的阻燃性能及热降解行为,采用残炭率和燃烧试验对阻燃RPUF进行测试分析。结果表明,PM和PEPA按质量比为1∶1复配而成的阻燃剂对RPUF塑料阻燃时效果优异,在阻燃剂添加量为16%时,RPUF氧指数达到24.3%左右,500℃时残炭率为37.4%。PM和PEPA复配能使RPUF高温燃烧时形成较稳定的炭层,对RPUF塑料具有阻燃协同作用。

单分子膨胀型阻燃剂季戊四醇酯三聚氰胺磷酸盐阻燃高密度聚乙烯

采用自行合成的单分子膨胀阻燃剂季戊四醇酯三聚氰胺磷酸盐(MPPL)以及混合型膨胀阻燃剂三聚氰胺磷酸盐(MP)/季戊四醇(PEL)阻燃高密度聚乙烯,比较了2种阻燃材料的各项性能指标,研究表明:单分子膨胀阻燃材料体系具有更优异的阻燃性能、机械力学性能以及耐水性。通过热失重测试和炭层形貌表征分析研究了2种体系阻燃性能显著差异的原因。

4A分子筛对三聚氰胺磷酸盐/季戊四醇阻燃PP性能的影响

采用三聚氰胺磷酸盐(MP)与季戊四醇(PER)做阻燃剂制备了阻燃聚丙烯(PP),研究了4A分子筛对MP和PER阻燃PP性能的影响,并通过热失重分析(TGA)对材料进行了表征。结果表明:少量的4A分子筛可以明显提高MP/PER阻燃PP的阻燃性能。当MP与PER的质量分数分别为9.0%和6.0%,4A分子筛的质量分数为2.0%时,可以制得氧指数高达34.0%并具有较好力学性能的无卤阻燃PP。TGA结果表明:4A分子筛加入到MP/PER阻燃PP中,可起到促进成炭的作用。

三聚氰胺磷酸盐及季戊四醇阻燃环氧树脂研究

采用氧指数法(LOI)、垂直燃烧法(UL-94)、锥形量热计试验(CCT)、热重分析(TGA)及激光拉曼光谱(LRS)对三聚氰胺磷酸盐(MP)及季戊四醇(PER)阻燃环氧树脂的阻燃性、热稳定性及燃烧后的炭层结构进行了研究。结果表明,MP阻燃环氧树脂体系中,LOI值随MP的含量的增加而增加;在MP添加量达到30%后,LOI值为34.5,此时阻燃环氧树脂达UL-94 V-0级。当MP阻燃环氧树脂体系中引入PER时,对环氧树脂的阻燃性略有改善。在总添加量一定时,LOI值随PER的含量增加先增加后减小。TG结果表明,MP和PER降低了环氧树脂阻燃材料的初始分解温度,但在高温下(>400℃)阻燃环氧树脂的热稳定性较好。

新型膨胀型阻燃剂的合成

采用甲醇作为分散剂,以磷酸、季戊四醇和三聚氰胺为原料,在反应温度为80℃、反应时间为6h的条件下合成了季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐(PPM),对产物进行了元素分析、TG等分析和表征,并对其阻燃性能进行了测试。热失重分析显示产物分解温度约为300℃,且具有较好的膨胀度和成炭率,当PE∶PPM(质量比)为7∶3时,阻燃PE的阻燃性达UL-94V-0。实验表明,反应物的物质的量比对PPM的膨胀度及成炭率有较大影响,最佳物质的量比是n(磷酸)∶n(季戊四醇)∶n(三聚氰胺)为2.5∶1∶(1.3￣1.7)。

季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐的合成及性能

以磷酸、季戊四醇和三聚氰胺为原料,以乙醇为分散剂,经过二步反应合成了膨胀型阻燃剂季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐(PPMS)。在第一步反应中,n(磷酸)∶n(季戊四醇)=3.0∶1,酯化反应温度120℃,反应时间1.5 h,季戊四醇磷酸酯的产率为82.90%。在第二步反应中,n(季戊四醇)∶n(三聚氰胺)=1∶1.09,成盐反应温度80℃,反应时间6 h,PPMS的收率为75.71%。用红外、热分析等方法对PPMS的结构进行了表征。研究表明,在此工艺条件下,合成的PPMS膨胀度为134.55 cm3/g,成炭率为80%。

ZnO对PP/MPP/PEPA膨胀阻燃体系的协同作用

以ZnO为阻燃协效剂,采用多聚磷酸蜜胺(MPP)和笼状季戊四醇磷酸酯(PEPA)复配阻燃剂,制备了具有良好阻燃性能的无卤阻燃PP。研究了ZnO用量对PP阻燃性能和协效作用的影响。结果表明:添加少量的ZnO即可显著提高PP的阻燃性能。当MPP、PEPA和ZnO添加量分别为12%、8%和1%时,阻燃PP的氧指数高达29.5%。TGA、FTIR分析和体式显微镜观测结果表明:添加ZnO可以催化MPP/PEPA间的酯化反应,促进体系成炭,形成更致密的炭层,从而提高材料的阻燃性能。

季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐的合成及其应用

用季戊四醇(PER)、磷酸和三聚氰胺为原料,以无水乙醇作为分散剂,通过两步反应合成了膨胀型阻燃剂季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐(PPMS)。研究了PER、磷酸和三聚氰胺物料配比、反应时间和温度对反应的影响,并用傅里叶变换红外光谱仪对合成的产物进行结构表征,并对比研究了合成产物与市售阻燃聚磷酸铵(APP)的阻燃效果。结果表明,PPMS的优化合成条件为nPER∶n磷酸∶n三聚氰胺=1∶3∶1.09(摩尔比,下同)、酯化温度为100℃、酯化时间为1.5h、成盐温度为80℃、成盐时间为6h;PPMS的膨胀度为25.5cm3/g,残炭率为54.3%;PPMS阻燃聚氨酯弹性体(TPU)时MTPU∶MPPMS(质量比,下同)>100∶30,阻燃级别达到UL 94V-0级,点燃时间长,自熄时间短,成炭效果好,且阻燃效果优于APP。

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。

MPP无卤阻燃聚丙烯纤维的辐照改性研究

采用自制季戊四醇螺环磷酸酯双蜜胺盐(MPP)无卤阻燃剂与聚丙烯(PP)进行共混纺丝,制备了无卤阻燃PP纤维,采用低能电子辐照对无卤阻燃PP纤维进行改性,并对MPP的结构、PP纤维的力学性能及阻燃性能进行了表征。结果表明:自制MPP为预期结构;随着MPP含量的增加,PP纤维的极限氧指数(LOI)增大,但其断裂强度有所下降;MPP质量分数为8%时,纤维断裂强度为6.02 cN/dtex,LOI为24.5%;随低能电子辐照量的增大,MPP质量分数8%的阻燃PP纤维的LOI大幅度增加;当电子辐照量为200 kGy时,阻燃PP纤维的LOI为33.8%,断裂强度为3.08 cN/dtex,起始分解温度和残炭率比纯PP纤维均有较大幅度增加,燃烧形成连续致密的炭层。

反应性挤出加工制备无卤阻燃高分子材料

聚合物反应性加工集聚合物加工与化学反应为一体,以聚合物加工装置为反应器,通过聚合物加工过程中的化学反应形成新物质和新结构,实现高分子材料的高性能化和功能化,是高分子材料科学的研究前沿之一.本文简要介绍了我们研究小组近年来采用反应性挤出加工制备高性能无卤阻燃高分子材料方面的研究进展.利用反应性挤出加工剪切力强、温度可控以及易于传质传热的特点实现了常规方法难以合成的高黏阻燃剂三聚氰胺磷酸盐季戊四醇酯(MPP)和三聚氰胺氰尿酸(MCA)的高效合成,制备了综合性能优良的聚丙烯/MPP、尼龙6/MCA等无卤阻燃高分子材料.研究所涉及的化学和物理方法,为聚合物无卤阻燃提供了高效、经济、环保和易于工业化的新技术,并拓宽了聚合物反应性加工的应用领域.