三嗪类阻燃剂的热性能及成炭机理探索.pdf

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1、8工程塑料应用2010年，第38卷，第12期三嗪类阻燃剂的热性能及成炭机理探索冰郝冬梅李旭林倬仕陈涛尹亮陈崇伟刘彦明(上海化工研究院新技术室，上海200062)摘要合成了一种新型三嗪类成炭剂(CA)，并利用质量分数为6．7％的CA、80．3％的聚磷酸铵(APP)和13％的三聚氰胺(MA)复配而成的膨胀型阻燃剂(IFR)对聚丙烯(PP)进行阻燃。用热重分析仪研究了IFR及其阻燃PP体系的热性能，并对其阻燃成炭机理进行了探索。结果表明，IFR使PP的热降解行为发生了变化，PP／IFR600℃时在氮气中的质量保持率达到18．05％，在空气中达到13．43％。IFR、PP／IFR的实

2、际质量保持率比理论值高，各组分间存在着协同阻燃作用。PP／IFR在燃烧时可形成较好的膨胀炭层。关键词三嗪类阻燃剂阻燃成炭机理热重(TG)分析¨常用于研究材料的热降解行1．2主要仪器、设备为，广泛应用于材料的可燃性与阻燃评价。TG分析双螺杆挤出机：TSE一20型，南京瑞亚高聚物装也常被用来研究膨胀型阻燃剂(IFR)E2-6]的降解难备有限公司；易程度、各组分间降解温度匹配及协同作用。由于注塑机：760K型，宁波市金星塑料机械有限公[FR在燃烧时要经历一个热降解、成炭、发泡的过司；程，各组分的降解温度匹配程度对其阻燃效果具有TG分析仪：TG209F3型，德国Netzsch公司；重

3、要的影响，因此TG分析对于预测膨胀型阻燃材SEM：S一2150型，日本Hitachi公司。料的可燃烧性、燃烧过程中的热稳定性、IFR的分子1．3试样制备设计和研究阻燃机理具有一定的指导意义。(1)CA的合成l8』最近，三嗪及其衍生物由于其富氮性和具有三在装有搅拌器、温度计和滴液漏斗的反应釜中重氮结构而引起了学者们的关注l6J。由于氮和磷加入三聚氯氰和丙酮，充分搅拌，缓慢滴an_-乙醇胺的协同效应，三嗪类化合物与聚磷酸铵(APP)复配和NaOH的水溶液，在一定温度下反应一定时间，开的IFR体系具有良好的成炭效应。始滴加乙二胺和NaOH的水溶液，反应回流、过滤、水洗和干燥，得到白

4、色粉末状的CA。笔者合成了一种包含二羟乙基胺、三嗪环和乙(2)PP／IFR试样的制备基二胺基团的三嗪类成炭剂(CA)，并与APP、三聚将质量分数6．7％的CA、80．3％的APP、13％氰胺(MA)复配成IFR对聚丙烯(PP)进行阻燃，并的MA复配得到IFR，然后利用双螺杆挤出机对PP／用TG分析仪研究PP／IFR的热性能，分析了其阻燃IFR(IFR质量分数为30％)进行混炼、造粒，利用注机理及各阻燃组分问的协同效应。利用扫描电子显塑机制备试样。微镜(SEM)研究了PP／IFR的残炭结构。1．4性能测试1实验部分TG分析测试条件：温度范围为室温～900~C，升1．1原材料温速

5、率为20~C／min，气体流速为20mL／min，气氛分PP：T300，熔体流动速率(MFR)为3．0g／(10别为氮气和空气。min)，中国石化上海石油化工股份有限公司；SEM分析：将PP／IFR的残炭在真空镀膜仪上APP：Ⅱ型产品，聚合度为1000以上，浙江龙游镀金，利用SEM观察残炭结构。化工厂：2结果与讨论MA：工业级，河南金大地化工有限公司；2．1PP／IFR的TG分析三聚氯氰：工业级，河北吴桥工贸合营化工厂；图1为纯PP及PP／IFR在氮气和空气气氛下二乙醇胺、乙二胺：分析纯，上海凌峰化工试剂的TG曲线，图2为PP及PP／IFR在氮气和空气中有限公司；丙酮：分析纯

6、，上海试剂一厂；上海市科研基金资助项目(09521101800)NaOH：分析纯，上海新量化工试剂有限公司。收稿日期：2010—09-20郝冬梅，等：三嗪类阻燃剂的热性能及成炭机理探索9的微分热失重(DTG)曲线，表1列出不同温度下PP600~C时仍分别有13．43％和18．05％的质量保持和PP／IFR在氮气及空气中的质量保持率。率。说明PP／IFR在高温区的热稳定性比PP的高，IFR对PP材料具有很好的促进成炭能力和阻燃效果。由图1、图2还可看出，在空气中，PP／IFR的起始热失重比在氮气中出现得更早，这表明空气中的氧气促进了PP／IFR的热氧化降解。而在500℃以后，空

7、气气氛下的质量保持率与氮气气氛中的质量保持率相差不大。这也充分说明氧参与了体系的成l—PP，氮气气氛；2一PP，空气气氛；炭反应，虽然加快了早期的热氧化降解，但同时也促3-PP／IFR，氮气气氛；4-PP／IFR，空气气氛进了膨胀炭层更快地形成，从而更早地对PP起到图1PP和PP／IFR在氮气和空气中的TG曲线隔热、隔氧的保护作用。102．2IFR的TG分析0．一10图3和图4分别为IFR在氮气和空气气氛中的一20TG和DTG曲线。斟一3O恤《—4()一50一(；()1一PP，氮气气氛；2一PP，空气气