两种三嗪阻燃剂的合成及其在聚丙烯阻燃中的应用研究

摘要

聚丙烯(PP)具有无毒、高透明度和优异的电绝缘性等诸多优异特性,从而被广泛的应用于建筑、家电、包装等行业,但是其易燃性严重限制了其应用范围。本文以聚丙烯环保型膨胀阻燃剂的开发为出发点,主要对其展开了复配型膨胀阻燃剂和单分子膨胀阻燃的合成两方面的研究。
　　(1)合成了一种富苯环的三嗪阻燃剂(PTPA),通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、元素分析确定了目标产物的结构。通过热重分析(TGA)研究了PTPA和聚磷酸铵(APP)不同配比时体系的热降解行为。结果表明,PTPA具有良好的热稳定性,在 N2气氛中,其起始降解温度为464℃,800℃的残炭量为52.35％;当APP与PTPA的复配比例为1:1(wt%)时,复配型阻燃剂APP/PTPA在800℃的残炭量为59.59%。将APP和PTPA以1:1的比例复配成新型膨胀阻燃体系(nIFR)添加到PP中,通过极限氧指数法(LOI)、垂直燃烧法(UL-94)、锥形量热仪(CONE)和热重分析(TGA)研究了nIFR对PP阻燃性能与热稳定性能的影响。结果表明,当nIFR添加量20wt%时,复合材料PP/nIFR20的LOI为32%,UL-94测试为V-0等级;PP/nIFR20的锥形量热仪测试显示,PP/nIFR20总热释放量(THR)为74MJ/m2,最大热释放速率(HRR)为163kW/m2,总的烟雾释放量(TSR)和烟雾释放速率(SPR)分别为7.34m2/kg和0.031m2/s,与PP和PP/IFR30的CONE数据相比,具有更好的阻燃性能。同时,通过Kisinger法分别研究了PP、PP/IFR30和PP/nIFR20的热降解动力学,结果显示,PP/nIFR20的降解活化能为183.7kJ/mol,远高于PP和PP/IFR30的82.4kJ/mol和135.3kJ/mol,说明nIFR在提高PP阻燃性的同时也提高了PP的热稳定性;采用扫描电子显微镜(SEM)对CONE测试后的炭层进行观察,结果表明PP/nIFR20的炭层明显比PP/IFR30的炭层更加致密、稳定,能有效提高阻燃材料在高温下的稳定性。
　　(2)从分子结构设计出发,合成了氮-磷摩尔比不同的三源一体阻燃剂PSCP。通过FT-IR和1H NMR确定了PSCP的分子结构。通过TGA研究了氮-磷摩尔比不同的情况下,PSCP热分解性能的差异。结果表明,不同摩尔比的 PSCP均具有较高的热稳定性,且当氮-磷摩尔比2:1时,PSCP具有最高的残炭量,800℃时达62.7%。将氮-磷摩尔比2:1的PSCP添加到PP中,通过LOI、UL-94、CONE、TGA研究了PSCP对PP阻燃和热稳定性能的影响。结果表明,当PSCP的添加量在20wt%时,阻燃材料的LOI为27%,UL-94测试为V-0等级。PP/PSCP20的CONE结果显示,PP/PSCP20总的热释放量为85MJ/m2,总的烟雾释放量和最大烟雾释放速率分别为6.67m2/kg和0.035m2/s,与PP的CONE数据相比,明显提高了PP的阻燃性能。通过Kissinger法研究了添加量20wt%的 PP/PSCP20复合材料的热降解动力学。结果表明,Kissinger法得到 PP/PSCP20的降解活化能分别为166.3kJ/mol,高于PP的82.4kJ/mol,说明PSCP显著提高了PP阻燃材料的热稳定性。

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注释表

第一章 绪论

1.1前言

1.2 聚丙烯的燃烧和阻燃

1.3 聚丙烯阻燃的研究现状及发展趋势

1.4 聚丙烯无卤阻燃研究现状

1.6 选题的目的意义和研究的主要内容

第二章 新型三嗪阻燃剂PTPA的合成与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 三嗪阻燃剂PTPA的合成条件及热稳定性能研究

2.5 本章小结

第三章 三嗪阻燃剂PTPA对PP阻燃性能的影响

3.1引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 三源一体阻燃剂PSCP的合成及表征

4.1引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 三源一体阻燃剂PSCP的热稳定性及PP/PSCP复合材料的性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文