基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

次磷酸铝阻燃聚脲弹性体及其耐老化性能研究

为提高聚脲弹性体(PUA)的阻燃性能,采用次磷酸铝(AHP)制备阻燃PUA,并通过热重分析、极限氧指数、垂直燃烧测试、锥形量热测试、扫描电镜、热重-红外联用测试、拉伸、撕裂等一系列测试对阻燃聚脲热性能、阻燃性能、力学性能及阻燃机理进行了系统研究。结果表明,AHP对PUA具有较高的阻燃效率,在20%添加量下,PUA在垂直燃烧测试中表现出离火自熄性,熔滴现象消失,通过UL-94 V-0等级。同时,其热释放速率峰值、总热释放、总烟释放等火安全行为参数大幅下降。残炭微观形貌及气相热解产物分析表明,阻燃PUA燃烧后表面形成了更为致密紧凑的炭层,有效抑制了热解PUA基材中烃类、CO_(2)、CO等物质的生成。力学性能测试结果表明,AHP的加入造成的PUA拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度的损失在可接受范围以内,阻燃PUA在168 h热氧老化处理后仍具有较高的力学性能。

次磷酸铝微胶囊改性研究进展

综述了微胶囊改性次磷酸铝(AHP)的研究成果。简要介绍了AHP作为一种高效的无卤磷系阻燃剂(含磷量>41.9%)在聚合物中的阻燃应用。讨论了密胺树脂、有机硅、三聚氰胺衍生物的阻燃应用及作为囊材的微胶囊AHP的疏水性、减缓PH_(3)释放的作用,重点阐述了微胶囊AHP对聚合物阻燃成效、力学性能和热稳定性的影响。此外微胶囊加入了三嗪类、硅类阻燃材料,增加了材料间相容性和炭层紧密度,与硼酸锌、水滑石等材料共微胶囊阻燃成效更佳。

焦磷酸哌嗪协同次磷酸铝阻燃聚丙烯复合材料性能

为提高聚丙烯(PP)的阻燃性能,以焦磷酸哌嗪(PAPP)和次磷酸铝(AHP)为原料,通过熔融挤出的方式制备了不同质量比的PP复合材料,采用极限氧指数(LOI)、UL94垂直燃烧、热重分析(TG-DTG)、锥形量热(CONE)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对PP复合材料热稳定性及阻燃抑烟性能进行分析,研究PAPP和AHP不同配比对阻燃性能的影响。结果表明,PAPP和AHP膨胀阻燃剂的加入大幅提升了PP复合材料的阻燃抑烟性能,当PAPP和AHP质量比为4∶1,总添加量为25%时,PP复合材料LOI达到31.5%,通过UL94垂直燃烧V-0级,800℃残炭率为23.16%,说明PAPP和AHP两者发挥了较好的协同阻燃作用。此外,其热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、烟释放速率(SPR)和总烟释放量(TSP)都得到大幅降低,SEM结果表明阻燃成分在PP复合材料表面形成了连续、致密的膨胀炭层,提升了材料的阻燃和抑烟性能。

次磷酸铝阻燃剂的合成及应用

采用一水次磷酸钠和十八水硫酸铝为原料,合成了一种高效无卤的阻燃剂次磷酸铝(PAH),当反应温度为90℃,次磷酸钠与硫酸铝摩尔比(以下简称物料比)为7.5∶1,反应时间为3 h时,产率可达98.5%,通过红外光谱仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪等对产品结构进行了表征,并研究了PAH在硬质聚氨酯泡沫塑料(PU硬泡)中的应用,结果表明,经阻燃改性的PU硬泡材料氧指数达30,垂直燃烧UL94达V-0级。该方法工艺简便,绿色环保,易工业化。

聚酰胺6/二乙基次磷酸铝复合材料的阻燃性能

将二乙基次磷酸铝(ADP)和聚酰胺(PA)6通过双螺杆挤出机熔融共混,制备了PA 6/ADP复合材料。利用差示扫描量热仪、垂直燃烧测定仪、极限氧指数仪、锥形量热仪等研究了PA 6/ADP复合材料的热性能、力学性能和燃烧性能。结果表明:ADP的加入提高了PA 6/ADP复合材料的玻璃化转变温度;ADP使PA 6的力学性能轻微下降;当w(ADP)为22%时,可使PA 6的极限氧指数从26.7%提高到33.5%,垂直燃烧等级(试样厚1.6 mm)可以从V-2级达到V-0级,且无熔融滴落现象;热释放速率峰值从1 200 k W/m^2降到500 k W/m^2;燃烧后的复合材料产生致密的炭层,可很好地阻隔辐射热和氧气向PA 6基体的传递。

基于次磷酸铝的聚丙烯木塑复合材料的阻燃改性研究

本研究以次磷酸铝(AP)为阻燃剂,探讨了其对聚丙烯/木粉复合材料(WPC)的阻燃性能的影响,并阐明了相关的阻燃机理。实验结果证明,当AP的添加量为30 wt%时,可以使木粉含量为30 wt%的WPC通过垂直燃烧V-0级,氧指数达到25. 0%。锥形量热测试结果表明:AP的加入能够有效抑制复合材料的燃烧,30wt%AP的加入能够使木粉含量为30 wt%的WPC的热释放峰值(PHRR)降低至240 k W/m^2,与不含阻燃剂的WPC相比降低了50%;燃烧后所得的残炭的质量高达45. 2%。扫描电子显微镜(SEM),热重-红外联用(TGFTIR)和X射线光电子能谱结果表明:添加AP后,燃烧过程中WPC/AP的气相产物中会有水、二氧化碳及含PO_2-结构的物质等生成,从而赋予WPC/AP气相阻燃作用;此外,WPC/AP在燃烧中能够热解生成内外结构不同的炭层,内部炭层主要为含铝为主的交联稳定炭层,而外部炭层主要含有交联P-O-C结构等,因此,AP能够同时通过气相和凝聚相的双重作用实现WPC的高效阻燃。

微胶囊化次磷酸铝阻燃玻璃纤维增强PA 6

采用X射线光电子能谱仪及透射电子显微镜表征了自制微胶囊化次磷酸铝(T-AlHP)的包覆状况,并将其与三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)复配阻燃玻璃纤维增强聚酰胺6(GFPA 6)。结果表明:T-AlHP表面包覆了一层囊壁材料;w(T-AlHP)为20%时,阻燃GFPA6复合材料的阻燃性能达到UL 94 V-0级,与纯GFPA 6相比,复合材料的最大质量损失速率下降6.64%/min;w(MCA)和w(T-AlHP)均为10%时,复合材料的拉伸强度、断裂拉伸应变及悬臂梁缺口冲击强度分别为126.35 MPa,3.95%,8.82 kJ/m2。

次磷酸铝对木粉/高密度聚乙烯复合材料阻燃及力学性能的影响

以次磷酸铝(AHP)为阻燃剂对高密度聚乙烯(HDPE)基木塑复合材料进行阻燃改性。采用锥形量热、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)系统评价复合材料的阻燃性能。通过拉伸强度、无缺口冲击强度、弯曲强度等测试,探讨了复合材料的力学性能。并通过热失重分析、扫描电镜对AHP阻燃木粉/HDPE(WF/HDPE)复合材料的机理进行分析。结果表明,AHP、木粉(WF)及WF中的结合水构成膨胀阻燃体系,AHP质量分数为30%时,WF/HDPE复合材料达到垂直燃烧V-0级别,LOI值达到25.5%,阻燃性能显著提高。AHP的加入使WF/HDPE复合材料的力学性能有所下降。

次磷酸铝协同硼酸锌阻燃聚乙烯

以次磷酸铝(AHP)和硼酸锌(ZB)为复合阻燃剂,通过熔融共混法制备了阻燃聚乙烯(PE)材料,研究了AHP和ZB对PE的协同阻燃效应。结果表明,AHP、ZB阻燃剂在PE基体中分散均匀;添加质量分数为25%AHP阻燃剂,PE材料的极限氧指数值(LOI)提升至25%,通过垂直燃烧测试(UL-94(3.2 mm))V-2级,显示出良好的阻燃效果;引入ZB后,材料LOI值呈先升高后下降趋势,在m(AHP)∶m(ZB)=21∶4时,出现峰值,达到27.2%,并通过UL-94(3.2 mm)V-1级;热失重分析(TGA)结果显示,AHP、ZB阻燃剂能同时提高PE材料的热稳定性和成炭率,当m(AHP)∶m(ZB)=17∶8时,残渣率达到25.7%。

微胶囊化次磷酸铝的制备及表征

以工厂含磷废渣制备的阻燃剂次磷酸铝(AHP)为芯材,采用原位聚合法以三聚氰胺甲醛(MF)树脂为壁材制备阻燃剂微胶囊化次磷酸铝(MFAHP),通过FTIR、SEM对AHP和MFAHP进行了表征,并通过热重分析(TGDTG)研究其热稳定性。结果表明,微胶囊化具有抑制和延缓AHP分解的作用;水溶性测试表明,AHP微胶囊化后水溶性大幅度降低,MFAHP水溶性降低约52%。

次磷酸铝协效MCA阻燃三元乙丙橡胶的研究

以三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃剂、二乙基次膦酸铝(ADP)和次磷酸铝(PAH)为阻燃协效剂,制备了无卤阻燃三元乙丙橡胶(EPDM)材料,并研究了其阻燃性能和力学性能。结果表明,当阻燃剂MCA用量为76份、ADP用量为14份、PAH用量为10份时,EPDM垂直燃烧级别达到FV-0,氧指数为30%,拉伸强度为6.7 MPa,拉断伸长率为330%。

聚苯乙烯/次磷酸铝复合材料的制备及阻燃性能

采用熔融共混的方法制备了聚苯乙烯/次磷酸铝(PS/AHP)复合材料。采用热重分析测试研究了复合材料的热稳定性,通过极限氧指数、垂直燃烧和微型量热测试研究了复合材料的阻燃性能。研究表明:次磷酸铝(AHP)有效提高了PS/AHP复合材料的阻燃性能,当次磷酸铝添加量为20%时,复合材料可以达到UL-94 V-0级别,极限氧指数为24.0%;热重分析研究表明次磷酸铝的加入可以延缓聚苯乙烯分子链的降解,提高复合材料高温成炭率;微型量热(MCC)测试表明PS/AHP30与纯PS相比,其热释放速率峰值和总热释放分别下降40.5%和18.9%。

基于次磷酸铝的高抗冲聚乳酸材料的阻燃改性

针对高抗冲聚乳酸材料阻燃性差的缺点,文中以次磷酸铝(AP)为阻燃剂,研究了其对聚乳酸、聚碳酸酯、抗冲改性剂和增容剂构成的高抗冲材料PLA-PC/ADR/BPM的阻燃性能、燃烧性能和热分解行为的影响。结果表明,AP有效改善了PLA-PC/ADR/BPM的阻燃性能。当AP为19 phr时,PLA-PC/ADR/BPM通过样品厚度为3.2 mm时的垂直燃烧V-0级,氧指数达29.5%。同时,锥形量热测试结果显示,19 phr的AP使PLA-PC/ADR/BPM材料燃烧过程中热释放速率峰值、总烟释放、总热释放均出现明显下降,而高温700℃的残余物质量显著上升。热分析结果证明,PLA-PC/ADR/BPM中引入AP后,材料的热分解行为在410～550℃范围内产生显著变化,AP使得材料高温热稳定性明显提高。结合燃烧测试和热分析测试结果证明,AP可有效改善高抗冲聚乳酸PLA-PC/ADR/BPM的阻燃性能,且燃烧过程中固相阻燃作用明显。

微胶囊包覆改性次磷酸铝阻燃剂的制备与表征

用聚(三聚氰胺-对苯二醛)(PMT)微胶囊对次磷酸铝(AHP)进行包覆,制备了改性次磷酸铝(MAHP)阻燃剂。用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和热重分析(TG)对材料进行了表征,结果表明:MAHP红外光谱图中存在AHP和PMT的特征峰,说明AHP被PMT成功包覆; AHP的XRD特征衍射峰位置与MAHP的几乎一致,证明MAHP为PMT改性AHP的复合物; AHP粒子被PMT包覆;与AHP相比,MAHP的最大热失重温度从351℃提高到358℃,分解完全的温度从430℃升高到500℃左右,最大热失重速率温度明显提高,增强了热稳定性和阻燃效果。

次磷酸铝阻燃剂的合成及其在PBT中的应用

通过工业副产物和次磷酸钠经一步反应制备得到次磷酸铝(Al HP)阻燃剂。采用1H-NMR、31P-NMR、FTIR、XRF、XRD以及TGA等技术表征了其产物结构及热降解行为。作为阻燃剂应用于PBT时,20 wt%的阻燃剂添加量可使聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的极限氧指数(LOI)由16.6%提高至29.2%,复合材料的垂直燃烧测试达到UL94 V-0级别;此外,Al HP的加入可显著降低PBT的热释放速率,促进稳定炭层的形成。

聚磷酸铵／次磷酸铝／聚氨酯密封胶阻燃体系的阻燃及热降解行为

以蓖麻油为基础多元醇,聚磷酸铵(APP)与次磷酸铝(AHP)复配协同聚氨酯阻燃体系,制备了阻燃聚氨酯密封胶(FRPUS)。研究了APP/AHP阻燃体系对FRPUS阻燃性能、热稳定性能的影响。结果表明,APP与AHP的质量比为5:1,添加量为50%时,FRPUS的极限氧指数(LOI)值达到35.1%,较纯PUS提高74.6%;TGA和热降解动力学表明APP/AHP提高了阻燃体系的热稳定性。

次磷酸铝/苯氧基环三磷腈协同阻燃聚碳酸酯的性能研究

研究了次磷酸铝(AHP)和苯氧基环三磷腈(PCPZ)协效阻燃剂对聚碳酸酯(PC)的阻燃性能的影响。结果表明:AHP与PCPZ的质量比为1∶1复配后,协效阻燃剂的质量分数在10.0%时,阻燃PC的极限氧指数为35.5%,达到UL 94(1.6mm)V-0级。

次磷酸铝阻燃剂的改性进展

次磷酸铝是一种用途非常广泛且性能优异的无机阻燃剂,在无卤阻燃复合材料领域有着极其重要的作用。现阶段次磷酸铝的制备方法主要依靠酸碱中和反应和复分解反应;超细化法、表面化学改性法、微胶囊化是目前社会中改性次磷酸铝的常用方法,对改变次磷酸铝表面性能和高温下的热稳定性能具有良好的帮助;其中微胶囊化具有提高次磷酸铝热稳定性和改变其表面性能的双重优点,因此微胶囊化将成为次磷酸铝改性的主要研究方向。

次磷酸铝的制备及动力学研究

为了获得一种高效的无卤阻燃剂,采用一水次磷酸钠和十八水硫酸铝合成次磷酸铝。考察了反应温度、原料物质的量比、反应时间对次磷酸铝产率的影响,并通过一级动力学方程和二级动力学方程模拟研究了其反应机理。结果表明,当优化后的反应条件,即反应温度为90℃、反应时间为3 h、次磷酸钠与硫酸铝物质的量比为7.5∶1时,所得次磷酸铝产品产率为96.61%。一水次磷酸钠与十八水硫酸铝合成次磷酸铝属于动力学一级反应,反应动力学常数方程式:k=18exp(-10 547/RT),反应活化能Ea=10 547 J/mol。对所得产品进行IR、XRD和SEM-EDS表征,结果表明产品为目标产物次磷酸铝。