阻燃聚氨酯相变储能材料的制备及其火灾行为研究

发布时间：2018-05-27 07:10

本文选题：阻燃 + 聚氨酯　；参考：《西南交通大学》2015年硕士论文

【摘要】：为了使聚氨酯材料同时具有阻燃和保温两种功能,本论文从聚氨酯材料的分子结构设计出发,以三氯氧磷(POCl3)为偶联剂,聚乙二醇(PEG)为相变储能物质,将聚乙二醇键接于聚醚多元醇骨架上,进而与多异氰酸酯发泡反应,制备一种阻燃聚氨酯相变储能材料(P/PEG-PUF),通过利用相变储能材料PEG和阻燃P元素的引入来达到同时提高聚氨酯材料阻燃和保温性能的目的,提出一种有效降低保温隔热聚氨酯材料火灾危险性的方法。其主要研究结果如下：1.以三氯氧磷为偶联剂,聚乙二醇(PEG)为相变储能物质,将聚乙二醇键接于聚醚多元醇骨架上,进而与多异氰酸酯发泡反应,制备得到一种阻燃聚氨酯相变储能材料(P/PEG-PUF),并对其结构和性能进行表征。1)通过测试阻燃聚氨酯相变储能材料的表观密度,发现储能物质聚乙二醇(PEG600)对表观密度基本无影响,阻燃P元素的引入影响了聚氨酯材料的泡孔结构,提高了其表观密度。2)用红外光谱分析仪(FTIR)分别对纯聚氨酯材料和阻燃聚氨酯相变储能材料的结构进行对比分析,结果发现在阻燃聚氨酯相变储能材料中有新峰出现,旧峰消失或偏移,说明了聚乙二醇通过三氯氧磷成功接枝到聚醚多元醇上,改变了阻燃聚氨酯相变储能材料的分子结构,使聚氨酯材料同时具有保温和阻燃的功能。3)利用加热板对阻燃聚氨酯相变储能材料进行导热分析,结果显示阻燃P元素的引入对聚氨酯材料的导热性能影响不明显,相变储能物质PEG的引入降低了其升温速率,导热性变差。4)利用热重分析仪(TG)考察阻燃聚氨酯相变储能材料的热稳定性,结果发现阻燃P元素和PEG的加入使聚氨酯材料的初始分解温度和最大分解速率所对应的反应温度降低,终止温度向高温区移动,且成炭率大大提高,热稳定性更好,提高了聚氨酯材料的阻燃性能。2.通过氧指数、水平垂直燃烧、烟密度等方式对阻燃聚氨酯相变储能材料进行阻燃、发烟性能测试,研究PEG与阻燃P元素含量对阻燃聚氨酯相变储能材料的火灾行为的影响。1)相变储能材料PEG对聚氨酯材料的阻燃、发烟性能基本无影响。2)随着阻燃P元素的增加,阻燃聚氨酯相变储能材料的极限氧指数增大,燃烧速率降低,燃烧级别增强,说明了阻燃P元素的加入能改善聚氨酯材料的阻燃性能,降低其火灾危险性。3)随着阻燃P元素的增加,阻燃聚氨酯相变储能材料的烟密度等级、最大烟密度增大,说明了阻燃P元素的加入能增大了聚氨酯材料的发烟量。3.采用Kissinger法与Ozawa法两种不同动力学分析方法对纯聚氨酯材料和阻燃聚氨酯相变储能材料进行热降解动力学研究。1)阻燃聚氨酯相变储能材料的表观活化能远小于纯聚氨酯材料,且指前因子降低了28个数量级,说明了聚氨酯材料中有含磷结构的存在,更容易热降解并产生炭层,增加残余量,提高阻燃性能。2)通过Kissinger方程和Ozawa方程计算得出的阻燃聚氨酯相变储能材料的表观活化能基本一致,说明阻燃聚氨酯相变储能材料的热降解反应基本符合Kissinger方程和Ozawa方程对热降解反应的基本假定。4.采用锥形量热仪对阻燃聚氨酯相变储能材料的火灾行为进行综合性研究。1)阻燃聚氨酯相变储能材料于纯聚氨酯材料相比,阻燃聚氨酯相变储能材料更不易被引燃,残余量更多,热释放速率降低,说明P元素的引入降低了聚氨酯材料的火灾热危险,提高了聚氨酯材料的阻燃性能。2)阻燃聚氨酯相变储能材料的烟气量比纯聚氨酯材料的要多,推迟了初始释放烟气时间、到达最大总烟释放量时间,说明阻燃P元素的引入增加了火灾初期的逃生时间,但增大了其总生烟量。3)阻燃聚氨酯相变储能材料的一氧化碳和二氧化碳的产量比纯聚氨酯材料的多,但阻燃聚氨酯相变储能材料的COP在火灾初期几乎为0,且延长了达到pkCOP、 pkCO2P的时间,但有毒气体总量增加,说明阻燃P元素的引入增加了火灾初期的逃生时间,增大了其烟气毒性。4)由于阻燃P元素的引入,火势增长指数(FGI)由16.02降低至5.12。
[Abstract]:A flame - retardant polyurethane phase - change energy - storage material ( P / PEG - puf ) was prepared by using heat - weight analyzer ( TG ) as coupling agent , polyethylene glycol ( PEG ) as phase - change energy storage material . The results showed that the flame - retardant polyurethane phase - change energy - storage material had no effect on the thermal conductivity of polyurethane material . The thermal degradation kinetics of flame retardant polyurethane phase change energy storage material has been investigated .
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ328.3;TB34

【参考文献】