【硕士论文】膨胀型阻燃剂核壳结构的设计、制备及其阻燃性能的研究.pdf

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1、摘要摘要为解决膨胀型阻燃剂(IFR)在实际应用中存在的添加量相对较大、和聚合物相容性差、耐水性差、易团聚、在聚合物制品中易渗出以及在加工过程中酸源与炭源易反应等问题，本论文将微胶囊概念和膨胀阻燃技术相结合，选用适当的微胶囊技术与囊材对IFR组分之一聚磷酸铵(APP)进行包裹改性，制备核．壳结构膨胀型阻燃剂，可有效减小阻燃剂吸湿性，增加与基体的相容性，明显提高阻燃复合材料耐水与阻燃性能。本论文研究工作主要涉及以下几个方面：1．选用三聚氰胺．甲醛(Ⅷ)树脂为囊材，采用分段升温的新方法，运用原位聚合微胶

2、囊化技术，得到包裹完全、分散性更好的核．壳结构APP(MFAPP)。MFAPP的溶解度降低，MFAPP颗粒相对APP而言具有更好的分散性与更小的粒径。微胶囊化可显著改善APP在聚丙烯(PP)中的分散性以及PP脚P阻燃体系的耐水性。PP／MFAPP复合材料的氧指数高于PP御P：但由于缺少炭源，PP／MFAPP仍达不到任何阻燃级别。引入炭源季戊四醇(PER)，发现PP／MFAPP／PER的氧指数增加，且大部分体系都达到了V．0级。锥形量热计的结果表明PP／MFAPP与PM脚P／PER阻燃体系在燃烧过程

3、中，可形成有效炭层覆盖在材料表面，降低复合材料的热释放速率，阻止材料的进一步燃烧。2．选择以尿素．三聚氰胺．甲醛(UⅧ)树脂为囊材来微胶囊化APP。一方面，三聚氰胺(MEL)用于改善UF树脂的耐水性；另一方面，尿素．甲醛(UF)树脂有利于成炭，形成具有较好阻隔性能的保护炭层。虽然PP彤MFAPP的氧指数较高，但仍然无法通过任何垂直燃烧级别。选择耐水性相对较好的双季戊四醇(DPER)作为炭源制备PP／In订FAPP／DPER三元阻燃复合体系，发现三元阻燃复合体系不仅氧指数有所提高，而且可以达到V-0

4、级。在50oC的热水中浸泡24小时后，PP舢MFAPP／DPER的垂直燃烧级别仍保持的很好。UMFAPP／DPER是一种相比传统APP基膨胀阻燃体系具有更佳耐水与阻燃性能的阻燃体系。3．首先选用UF树脂作为第一层囊材包裹APP，然后将M限树脂再包裹在外层。双层壳壁既可以作为保护层提高囊芯的耐水性，又可以作为炭源(UF)、气源(姗)与囊芯(APP，可作为酸源)起到阻燃协效作用。相比APP，MUFAPP不仅降低了水溶性，而且提高了PP阻燃复合材料的阻燃与耐水性能。相比PP俄PP，不仅PP彻UFAPP复

5、合材料的氧指数得到了很大的提高，且当MUFAPP摘要的添加量为40％时，PP／MUFAPP可通过V．0级；经过热水处理后，MUFAPP膨胀阻燃体系在PP中的阻燃性能仍保持的很好。在燃烧过程中MUFAPP会降解成炭，在聚合物表面形成耐热、隔热、隔氧的保护层，从而阻止火焰的蔓延与扩展，降低材料的热释放。4．虽然双季戊四醇(DPER)的添加可以进一步提高阻燃复合材料的阻燃性能，但由于DPER也具有一定的水溶性，阻燃复合材料的耐水性同时亦会遭到削弱。选用MF树脂同时微胶囊化APP与DPER(M(A&D))

6、，以同时提高酸源(APP)与炭源(DPER)在聚合物中的相容性与耐水性。另一方面，MF树脂可作为气源与酸源、炭源起到阻燃协效，从而进一步提高APP／DPER在聚合物中的阻燃性能。相比APP／DPER，M(A&D)不仅降低了水溶性，具有更好的分散性与更小的粒径，而且提高了PP阻燃复合材料的阻燃与耐水性能。在30％的添加量下，PP／M(A&D)的氧指数达到了34．O％，可通过V．0级；而PP／APP／DPER的氧指数为28．5％，仅可通过V．1级。热水浸泡处理后，．PP／M(A&D)体系的氧指数变化较

7、小，且阻燃级别没有变化(V-O)。5．为了解决上述微胶囊化APP中缺少炭源(MFAPP，UMFAPP)或炭源成炭效率(MUFAPP)一般的问题，在本部分，首先制备多羟基大分子化合物(PvA或淀粉)改性的MF预聚体，然后微胶囊包裹APP。此集酸源、炭源、气源于一体的核．壳结构膨胀型阻燃剂相比传统的APP基膨胀阻燃体系具有更好的阻燃与耐水性能。相比APP，Ⅵ脚P或SMFAPP不仅水溶性降低，而且提高了PP阻燃复合材料的阻燃与耐水性能。不仅PPⅣMFAPP和PP／SMFAPP的氧指数得到了提高，且当阻燃

8、剂的添加量为30％时，可通过V．O级。经过50oC热水24小时浸泡后，PPⅣMFAPP和PP／SMFAPP体系的阻燃级别仍为v-0。锥形量热计实验结果也证明Ⅵ姬1APP和SMFAPP相比APP在PP中的阻燃效率更高。探讨了阻燃机理：燃烧时，唧PP和SMFAPP的囊芯会释放出酸，催化囊材成炭，在凝聚相中可以形成稳定、膨胀炭层，阻碍热传递与氧气交换，抑制底部材料的热降解，从而起到阻燃的作用。6．选用微胶囊化聚磷酸铵(MFAPP)作为阻燃剂膨胀阻燃热塑性淀粉基可降解材料(TPS)。一方面