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。

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。

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%。

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。

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.

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。

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。

甲基膦酸三聚氰胺的制备及高效阻燃不饱和聚酯研究

以甲基膦酸和三聚氰胺为原料,合成了聚甲基膦酸三聚氰胺(MMP),通过傅里叶红外测试对其结构进行了表征。结果表明,阻燃剂的起始热分解温度为228℃,800℃残炭率为41.2%,MMP具有良好的热稳定性和成炭性能;MMP添加到不饱和聚酯(UPR)材料中,当添加量为21%(质量分数,下同)时,材料在垂直燃烧测试时达到了UL 94 V-0级,极限氧指数为38.5%,表现出了很好的阻燃效率;MMP的加入促进了UPR的提前降解和成炭,提高了材料在高温时的成炭率,使得材料在燃烧时形成了膨胀致密的炭层,有效抑制了内层材料的降解和燃烧,从而提高了材料的阻燃性能。

聚磷酸铵/纳米SiO_2阻燃水稻秸秆/聚乙烯复合材料的研究

采用聚磷酸铵(APP)与纳米SiO_2阻燃水稻秸秆/高密度聚乙烯(HDPE)木塑复合材料,通过力学性能、极限氧指数、垂直燃烧、热重分析(TGA)和扫描电镜等研究了复合材料的界面,力学,阻燃性能及热降解行为。研究结果表明,当添加17%(wt,质量分数,下同)的APP与3%的纳米SiO_2时达到V-0级,极限氧指数提高了30.8%。拉伸强度提高了42.8%,弯曲强度提高51.9%,冲击强度提高了73.9%。TGA与SEM研究表明,APP与纳米SiO_2对木塑复合材料具有阻燃协效效应,APP使秸秆粉碳化同时膨胀发泡,纳米SiO_2加固炭层是阻燃的主要原因。

MgAl-C_6H_5SO_3-LDHs/EVA复合材料的制备与性能研究

采用焙烧还原法,辅助微波晶化手段快速合成MgAl-C6H5SO3-LDHs,并将其应用于乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）中制备MgAl-C6H5SO3-LDHs/EVA复合材料。研究了MgAl-C6H5SO3-LDHs的不同添加量对复合材料阻燃性能的影响,并对其力学性能进行测试。结果表明：当MgAl-C6H5SO3-LDHs的添加量为70%,复合材料显示出较好的阻燃效果,其氧指数为32%,提高了68.4%。采用热失重法证实了随着MgAl-C6H5SO3-LDHs添加量的增加,促进复合材料在高温分解,其在420~500℃区间的失重变化也越来越不明显;当MgAl-C6H5SO3-LDHs添加量为60%和70%时失,重曲线分别有向低温区和高温区延伸的趋势。

聚磷酸铵的疏水改性及聚丙烯阻燃性能

首先以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对聚磷酸铵(APP)进行表面化学修饰,然后用水解后的正硅酸四乙酯在其表面引发原位聚合,最后用十七氟癸基三乙氧基硅烷(氟硅烷)进行外表面修饰,制备了疏水聚磷酸铵(M-APP).M-APP的静态接触角为134°,表明M-APP具有很好的疏水性.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对M-APP的结构及表面元素进行分析,结果表明,M-APP即为目标产物.将M-APP与三嗪成炭发泡剂(CFA)以质量比4∶1复配制备改性膨胀型阻燃剂(M-APP/CFA),并添加到聚丙烯(PP)中,制备阻燃PP(PP/M-APP/CFA).通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)研究了其阻燃性能,用热重分析(TGA)研究了材料的热降解行为,通过耐水测试研究了耐水性能,通过拉伸、弯曲和冲击强度研究了材料的力学性能,通过扫描电子显微镜(SEM)研究了改性膨胀型阻燃剂与聚合物的相容性.结果表明,当m IFR的添加量为23%时,PP/M-APP/CFA通过UL-94 V-0级,LOI值达到30.8%,且经过耐水测试后,依然能通过UL-94 V-0级,PP/M-APP/CFA的失重率仅为0.92%.在相同实验条件下,由APP制备的PP/M-APP/CFA材料在耐水测试后UL-94测试无级别,失重率达2.45%,表明APP的表面疏水改性大大提高了PP/M-APP/CFA材料的耐水性能.M-APP/CFA的加入提高了材料的热稳定性及成炭性能,燃烧时形成的膨胀炭层能很好地保护内部材料的降解和燃烧,从而提高了材料的阻燃性能.APP的改性提高了M-APP/CFA与PP的相容性,从而提高了材料的力学性能.

改性聚磷酸铵对三嗪类膨胀阻燃聚丙烯性能的影响

由改性聚磷酸铵(APP)、自制的三嗪类成炭发泡剂(CFA)等复配制成膨胀型阻燃剂(IFR),以二氧化硅、二氧化钛等为协效剂阻燃聚丙烯(PP)。研究了不同组分的IFR及协效剂对阻燃PP复合材料阻燃性能、力学性能和耐水性能的影响。结果表明:改性APP的亲水性下降;由改性APP/CFA(4/1)、二氧化硅协效剂复配的PP复合材料阻燃性能、力学性能优良,助剂在PP基体中分散性好,热水浸泡后氧指数为32.5%,仍能达到UL94V—1级,失重率为2.92%。

新型含磷阻燃剂DOPO-PPO的合成及其阻燃性能

以苯基磷酰二氯,对羟基苯甲醛及9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲(DOPO)为原料,合成了一种新型含磷阻燃剂——二[4-(次甲基-羟基-磷杂菲)苯氧基]苯基氧化磷(DOPO-PPO),其结构经1H NMR和IR表征。通过TGA和DTG研究了DOPO-PPO的热稳定性,热降解行为及成炭性能。结果表明:DOPO-PPO的起始热分解温度为210℃,在700℃时残炭为30.4%。以环氧树脂为基材,DOPO-PPO为阻燃剂,二氨基二苯硫砜为固化剂,制备了阻燃环氧树脂(3)。通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)测试了3的阻燃性能。结果表明:当DOPOPPO的添加量为12.0%(质量百分数,即312)时,阻燃级别为V-0级,LOI为34.0%。

聚磷酸铵/可膨胀石墨阻燃环氧树脂的性能

将聚磷酸铵(APP)与可膨胀石墨(EG)进行复配后添加到环氧树脂(EP)中,以间苯二胺(PDA)为固化剂,制备阻燃环氧树脂固化物,通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和热重分析(TGA)测试研究了材料的阻燃性能、热降解行为,通过锥形量热(CONE)测试研究了材料的燃烧行为,通过扫描电镜(SEM)研究了材料炭层的形貌,同时还研究了APP与EG的不同配比对EP材料阻燃性能的影响。结果表明:当APP与EG的质量比为3∶2、添加量为5%时,阻燃EP材料通过了UL-94 V-0级,LOI值达到了29.0%。TGA测试结果表明:阻燃剂APP及EG的加入明显地改变了材料的热降解行为,促进了环氧树脂材料的提前降解和成炭,降低了材料的热降解速率,材料在700℃时的残炭量由14.6%提高到了29.9%。CONE测试结果表明:阻燃剂的加入明显降低了材料的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR)。SEM测试结果表明:阻燃材料燃烧后形成了致密均一的炭层,能很好地阻止氧气和热量进入到材料的内部,同时减少可燃气体的逸出,从而抑制了基体树脂的进一步降解和燃烧,提高了材料的阻燃性能。