MOFs/磷复合阻燃剂在聚乳酸中的协同阻燃作用
发布时间：2021-07-23 20:20
聚乳酸（PLA）是一种理想的生物可降解和原料可再生的绿色高分子材料,在塑料包装、电子产品等方面具有广泛应用。然而PLA自身阻燃性能差、极易燃烧,而且燃烧过程中存在严重的熔滴现象,在一定程度上限制了PLA高分子材料的进一步应用和发展。本论文利用磷系阻燃剂与金属有机框架协同作用,通过熔融共混的方法制备PLA复合材料,既降低了磷系阻燃剂的添加量,同时能够提升复合材料的阻燃性能。具体研究内容如下:（1）选择具有催化作用的Ni-MOF与聚磷酸铵（APP）复合使用,制备复合材料PLA/APP/Ni-MOF,以此来提高PLA的阻燃性能。阻燃测试结果表明,当阻燃剂总添加量为14 wt%,Ni-MOF的添加量为2 wt%时,复合材料的阻燃性能最佳。其中,极限氧指数值（LOI）为36.6%,垂直燃烧测试（UL-94）样品熔滴现象得到抑制且达到V-0等级,锥形量热测试中可以形成连续、致密的稳定炭层,而且热释放速率峰值（PHRR）相比于纯PLA降低了60.4%。（2）为提高阻燃剂在PLA基体中的分散性,将9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）接枝到Fe-MOF表面,制备PLA/MOF...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年来重大火灾事件阻燃材料是指在火焰中不能燃烧或者不易燃烧、离开火焰后迅速熄灭的一种保护
第1章绪论2材料。经实践证明，阻燃材料的应用能够降低火灾发生时材料的燃烧速度，抑制热量、烟和一氧化碳等有毒物质的释放，这不仅保证了人类生命和财产安全，同时也减少了火灾对大气等自然环境的污染[3]。另外，阻燃材料的发展更加拓宽了高分子材料的应用范围。目前，随着阻燃技术的不断发展，阻燃高分子材料被广泛应用于服装、包装、纺织业等领域，如图1.2所示。阻燃高分子材料的使用在很大程度上降低了火灾发生的频率，为人类生命财产安全带来帮助。图1.2阻燃高分子材料的应用1.2高分子材料的基本阻燃机理高分子材料在燃烧过程中会释放出大量的烟和热，是一种复杂的热氧化反应。其燃烧进程主要包括：1.材料受到外界热源的加热，受热软化；2.软化后的材料可以与空气中的氧自由基发生链式降解反应，导致挥发性物质、可燃性气体液体等物质的释放。随着可燃物浓度的增加和体系温度的升高，当达到一定值时这些可燃物就会着火燃烧，燃烧过程中释放的热量和可燃性气体会传递到火焰区，促进聚合物的降解过程，并加快火焰传播，导致更多可燃性气体的生成，使材料的燃烧面积增大。因此，实现高分子材料的阻燃需要控制可燃性物质的传播，或者从抑制自由基链式降解反应的发生入手考虑。1.2.1冷却机理冷却机理又称为吸热机理，主要原理是具有高热容的阻燃剂受热分解，发生脱氢或者脱水反应，生成的水可以吸收燃烧过程中释放的热量，抑制材料表面温度升高，降低聚合物的分解速率，从而减少可燃物，阻止燃烧反应的进行，实现对材料阻燃性能的改善。
产生有毒腐蚀气体，造成“二次伤害”[12]。因此，寻找卤系阻燃剂的替代品和实现阻燃剂的无卤化是未来的发展趋势。1.3.3磷系阻燃剂卤素阻燃剂由于卤素的存在具有毒性，会对自然环境和人类造成一定的伤害，现在该类阻燃剂已经被禁止使用[13]。新型的含磷阻燃剂已经取代卤系阻燃剂，得到广泛使用。磷系阻燃剂主要包括有机和无机含磷阻燃剂，常见的有机磷系阻燃剂有磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐以及含磷多元醇等，无机磷系阻燃剂有磷酸铵盐、聚磷酸铵（APP）、红磷等。磷系阻燃剂主要在凝聚相和气相发挥作用，具体阻燃机理见图1.3。燃烧时含磷化合物分解生成磷酸这种非燃性液态膜覆盖到材料表面，对位于凝聚相的基体起到一定保护作用。同时，磷酸进一步脱水炭化生成偏磷酸，继续聚合成强脱水剂聚偏磷酸，促进高分子材料脱水炭化、芳化，形成交联的炭层[14]。部分无机含磷阻燃剂（如：聚磷酸铵）在燃烧过程中形成膨胀炭层，作为保护层覆盖于基体表面，抑制了热量和可燃性物质的转移。另外，含磷阻燃剂是一种很好的自由基捕获剂，在燃烧时有PO生成，与气相区的自由基结合，抑制链式反应的进行，阻止燃烧，从而提高阻燃性能。图1.3磷系阻燃剂的阻燃机理磷系阻燃剂在聚合物中具有优异的阻燃性能，在当今社会具有很大的应用价值。然而，磷系阻燃剂在使用过程中也存在一些问题，譬如易挥发、耐热性差等，对材料的阻燃性能造成影响。目前，针对提高磷系阻燃剂阻燃性能的方法主要有将含磷阻燃剂表面接枝改性、与其它阻燃剂协同作用等，以此来克服该类物质自身的缺陷。1.3.4膨胀阻燃剂膨胀阻燃剂能够在基体表面形成膨胀的炭层，阻止燃烧的进一步发生[15]。膨胀阻燃剂无烟、无毒、无腐蚀性气体产生，具有优异的阻燃性能，是目前最有应用前景的阻燃剂?
【参考文献】：
期刊论文
[1]阻燃高分子材料在电气封装领域的研究进展[J]. 宁廷州,张敬芝,付玲. 塑料工业. 2019(10)
[2]高分子材料研究现状与应用趋势探讨[J]. 周海鸥. 赤峰学院学报(自然科学版). 2019(04)
[3]笼型八苯基硅倍半氧烷与聚磷酸铵对聚乳酸的协同阻燃研究[J]. 贾琳,张文超,佟斌,杨荣杰,李定华. 高分子学报. 2019(07)
[4]炭化酒糟与APP协同阻燃聚乳酸性能研究[J]. 石小卫,曹雨,王新龙. 现代塑料加工应用. 2017(06)
[5]聚乳酸/次磷酸铝/稻壳二氧化硅阻燃体系的研究[J]. 刘晨宇,方玮,钱坤,刘学清,刘继延. 塑料工业. 2016(10)
[6]磷钼酸钙阻燃抑烟剂的制备和性能研究[J]. 魏昭荣,朱世富,赵北君,高德友,唐世红,何知宇,韦永林. 塑料工业. 2005(01)
本文编号：3299969
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年来重大火灾事件阻燃材料是指在火焰中不能燃烧或者不易燃烧、离开火焰后迅速熄灭的一种保护
第1章绪论2材料。经实践证明，阻燃材料的应用能够降低火灾发生时材料的燃烧速度，抑制热量、烟和一氧化碳等有毒物质的释放，这不仅保证了人类生命和财产安全，同时也减少了火灾对大气等自然环境的污染[3]。另外，阻燃材料的发展更加拓宽了高分子材料的应用范围。目前，随着阻燃技术的不断发展，阻燃高分子材料被广泛应用于服装、包装、纺织业等领域，如图1.2所示。阻燃高分子材料的使用在很大程度上降低了火灾发生的频率，为人类生命财产安全带来帮助。图1.2阻燃高分子材料的应用1.2高分子材料的基本阻燃机理高分子材料在燃烧过程中会释放出大量的烟和热，是一种复杂的热氧化反应。其燃烧进程主要包括：1.材料受到外界热源的加热，受热软化；2.软化后的材料可以与空气中的氧自由基发生链式降解反应，导致挥发性物质、可燃性气体液体等物质的释放。随着可燃物浓度的增加和体系温度的升高，当达到一定值时这些可燃物就会着火燃烧，燃烧过程中释放的热量和可燃性气体会传递到火焰区，促进聚合物的降解过程，并加快火焰传播，导致更多可燃性气体的生成，使材料的燃烧面积增大。因此，实现高分子材料的阻燃需要控制可燃性物质的传播，或者从抑制自由基链式降解反应的发生入手考虑。1.2.1冷却机理冷却机理又称为吸热机理，主要原理是具有高热容的阻燃剂受热分解，发生脱氢或者脱水反应，生成的水可以吸收燃烧过程中释放的热量，抑制材料表面温度升高，降低聚合物的分解速率，从而减少可燃物，阻止燃烧反应的进行，实现对材料阻燃性能的改善。
产生有毒腐蚀气体，造成“二次伤害”[12]。因此，寻找卤系阻燃剂的替代品和实现阻燃剂的无卤化是未来的发展趋势。1.3.3磷系阻燃剂卤素阻燃剂由于卤素的存在具有毒性，会对自然环境和人类造成一定的伤害，现在该类阻燃剂已经被禁止使用[13]。新型的含磷阻燃剂已经取代卤系阻燃剂，得到广泛使用。磷系阻燃剂主要包括有机和无机含磷阻燃剂，常见的有机磷系阻燃剂有磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐以及含磷多元醇等，无机磷系阻燃剂有磷酸铵盐、聚磷酸铵（APP）、红磷等。磷系阻燃剂主要在凝聚相和气相发挥作用，具体阻燃机理见图1.3。燃烧时含磷化合物分解生成磷酸这种非燃性液态膜覆盖到材料表面，对位于凝聚相的基体起到一定保护作用。同时，磷酸进一步脱水炭化生成偏磷酸，继续聚合成强脱水剂聚偏磷酸，促进高分子材料脱水炭化、芳化，形成交联的炭层[14]。部分无机含磷阻燃剂（如：聚磷酸铵）在燃烧过程中形成膨胀炭层，作为保护层覆盖于基体表面，抑制了热量和可燃性物质的转移。另外，含磷阻燃剂是一种很好的自由基捕获剂，在燃烧时有PO生成，与气相区的自由基结合，抑制链式反应的进行，阻止燃烧，从而提高阻燃性能。图1.3磷系阻燃剂的阻燃机理磷系阻燃剂在聚合物中具有优异的阻燃性能，在当今社会具有很大的应用价值。然而，磷系阻燃剂在使用过程中也存在一些问题，譬如易挥发、耐热性差等，对材料的阻燃性能造成影响。目前，针对提高磷系阻燃剂阻燃性能的方法主要有将含磷阻燃剂表面接枝改性、与其它阻燃剂协同作用等，以此来克服该类物质自身的缺陷。1.3.4膨胀阻燃剂膨胀阻燃剂能够在基体表面形成膨胀的炭层，阻止燃烧的进一步发生[15]。膨胀阻燃剂无烟、无毒、无腐蚀性气体产生，具有优异的阻燃性能，是目前最有应用前景的阻燃剂?
【参考文献】：
期刊论文
[1]阻燃高分子材料在电气封装领域的研究进展[J]. 宁廷州,张敬芝,付玲. 塑料工业. 2019(10)
[2]高分子材料研究现状与应用趋势探讨[J]. 周海鸥. 赤峰学院学报(自然科学版). 2019(04)
[3]笼型八苯基硅倍半氧烷与聚磷酸铵对聚乳酸的协同阻燃研究[J]. 贾琳,张文超,佟斌,杨荣杰,李定华. 高分子学报. 2019(07)
[4]炭化酒糟与APP协同阻燃聚乳酸性能研究[J]. 石小卫,曹雨,王新龙. 现代塑料加工应用. 2017(06)
[5]聚乳酸/次磷酸铝/稻壳二氧化硅阻燃体系的研究[J]. 刘晨宇,方玮,钱坤,刘学清,刘继延. 塑料工业. 2016(10)
[6]磷钼酸钙阻燃抑烟剂的制备和性能研究[J]. 魏昭荣,朱世富,赵北君,高德友,唐世红,何知宇,韦永林. 塑料工业. 2005(01)
本文编号：3299969
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