新型含硼聚硅氧烷的合成及其与膨胀型阻燃协同阻燃聚丙烯的研究

发布时间：2017-04-27 04:13

  本文关键词：新型含硼聚硅氧烷的合成及其与膨胀型阻燃协同阻燃聚丙烯的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：膨胀型阻燃剂（IFR）由于具有无卤、抑烟等优点，已成为无卤阻燃聚合物领域的研究热点。然而，现有的IFR仍存在添加量偏大、阻燃效率低、易吸湿等缺点，限制了其进一步应用。本文通过分子设计，将硅、硼、磷等元素结合到同一大分子中，合成了含硼聚硅氧烷（pBSi）和含磷、氮聚硼硅氧烷（pPNBSi），并将其作为阻燃协效剂分别与IFR协同阻燃聚丙烯（PP）。研究了pBSi和pPNBSi对PP/IFR阻燃性能、力学性能、耐水及耐酸性能的影响，并通过热重分析（TG）、热重-红外联用（TG-IR）和傅立叶变换红外光谱分析（FT-IR）等手段对其与IFR的协同阻燃机理进行了初步探讨。主要研究内容和结果包括： 第一，以八甲基环四硅氧烷（D4）、硼酸、正硅酸乙酯（TEOS）等为原料，合成了pBSi，并将其作为协效剂与IFR协同阻燃PP。研究发现，pBSi具有良好的热稳定性，且其在空气中具有突出的成炭性能；pBSi与IFR对PP具有明显的协同阻燃作用。当pBSi用量为3.0wt%（阻燃剂总用量为25.0wt%）时，阻燃PP的LOI由PP/IFR的29.0%提高到34.8%，垂直燃烧性能由UL-94V-1级提高至V-0级。锥形量热分析结果表明，阻燃PP的热释放速率峰值（pHRR）由PP/IFR的354.0kW/m2降低至204.9kW/m2，降幅高达41.9%，烟释放速率峰值（pSPR）的降幅为15.3%。与传统协效剂SiO2、4A分子筛和硼酸锌（ZB）相比，pBSi与IFR对PP具有更好的协同阻燃作用。同时，PP/IFR/pBSi的耐水和耐酸性能明显优于PP/IFR/ZB。经70℃热水或硫酸水溶液浸泡168h后，PP/IFR/pBSi仍具有良好的阻燃性能，其LOI略有降低，但仍高达31.2%和33.0%，可通过UL-94V-0级。 第二，以四甲基四乙烯基环四硅氧烷（VD4）、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）、硼酸、N-β-胺乙基-γ胺丙基甲基二甲氧基硅烷（NMDMS）等为原料，合成了pPNBSi，并将其与IFR协同阻燃PP。研究表明，与pBSi相比，pPNBSi与IFR对PP具有更好的协同阻燃作用。当pPNBSi的用量仅为2.0wt%（阻燃剂总用量为20.0wt%）时，阻燃PP的LOI由PP/IFR的27.0%提高到31.5%，提升幅度达16.7%，垂直燃烧性能由无等级提高至UL-94V-0级。微型量热分析结果表明，阻燃PP的热释放速率峰值（pHRR）和总热释放量（THR）分别为937.0W/g和31.2kJ/g，降幅分别为11.6%和15.9%。与传统协效剂SiO2、DOPO、ZB相比，pPNBSi与IFR对PP具有更好的协同阻燃作用。同时，PP/IFR/pPNBSi的耐水和耐酸性能也明显优于PP/IFR/SiO2、PP/IFR/DOPO和PP/IFR/ZB。经70℃热水或硫酸水溶液浸泡168h后，PP/IFR/pPNBSi仍具有良好的阻燃性能。 第三，通过TG、FT-IR和TG-IR等手段对pBSi（或pPNBSi）与IFR的协同阻燃机理进行了初步探讨，其可能的作用机理为：在IFR形成膨胀炭层的同时，pBS（i或pPNBSi）形成玻璃质陶瓷状阻隔层覆盖于膨胀炭层的表面，提高了炭层的致密性。此外，pPNBSi分子中磷杂菲基团上的P-C键可能发生断裂形成二苯并呋喃、磷氧自由基等，，猝灭燃烧过程中产生的氧自由基和烷烃自由基；同时，磷杂菲基团分解成的苯基磷酸进一步降解形成玻璃态磷化合物，在膨胀炭层的表面形成阻隔层，从而起到很好的协同阻燃作用。
【关键词】：聚丙烯 膨胀型阻燃剂 含硼聚硅氧烷 协同作用
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ325.14
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 前言11
• 1.2 无卤阻燃剂的概况11-17
• 1.2.1 金属氢氧化物阻燃剂12
• 1.2.2 硅系阻燃剂12-13
• 1.2.3 硼系阻燃剂13-14
• 1.2.4 磷系阻燃剂14-15
• 1.2.5 氮系阻燃剂15
• 1.2.6 膨胀型阻燃剂15-17
• 1.3 膨胀型阻燃聚丙烯的研究进展17-24
• 1.3.1 新型膨胀型阻燃剂的合成及应用18-20
• 1.3.2 微胶囊包覆技术20-22
• 1.3.3 协同阻燃22-24
• 1.4 本课题的目的意义、主要内容、特色及创新之处24-26
• 1.4.1 目的意义24
• 1.4.2 研究的主要内容24
• 1.4.3 本课题的特色及主要创新之处24-26
• 第二章 含硼聚硅氧烷的合成及其与膨胀型阻燃剂协同阻燃聚丙烯的研究26-45
• 2.1 前言26-27
• 2.2 实验部分27-29
• 2.2.1 主要原料与试剂27
• 2.2.2 仪器与设备27
• 2.2.3 样品制备27-28
• 2.2.4 测试与表征28-29
• 2.3 结果与讨论29-43
• 2.3.1 pBSi 的表征29-32
• 2.3.2 pBSi 用量对 PP/IFR 力学性能的影响32-33
• 2.3.3 pBSi 用量对 PP/IFR 阻燃性能的影响33-36
• 2.3.4 pBSi/IFR 协同阻燃 PP 的 TG 分析36-38
• 2.3.5 pBSi/IFR 协同阻燃机理的探讨38-42
• 2.3.6 pBSi 对 PP/IFR 耐水及耐酸性能的影响42-43
• 2.4 本章小结43-45
• 第三章 含磷、氮聚硼硅氧烷的合成及其与膨胀型阻燃剂协同阻燃聚丙烯的研究45-64
• 3.1 前言45-46
• 3.2 实验部分46-47
• 3.2.1 主要原料与试剂46
• 3.2.2 仪器与设备46
• 3.2.3 样品制备46-47
• 3.2.4 测试与表征47
• 3.3 结果与讨论47-62
• 3.3.1 pPNBSi 的表征47-50
• 3.3.2 pPNBSi 用量对 PP/IFR 力学性能的影响50-51
• 3.3.3 pPNBSi 用量对 PP/IFR 阻燃性能的影响51-55
• 3.3.4 pPNBSi/IFR 协同阻燃 PP 的 TG 分析55-56
• 3.3.5 pPNBSi/IFR 协同阻燃机理的探讨56-60
• 3.3.6 pPNBSi 对 PP/IFR 耐水及耐酸性能的影响60-62
• 3.4 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-75
• 致谢75-76
• 附件76

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 熊联明;舒宽金;马尧龙;袁斌;张艳;;乙烯基环体合成及副产物处理的研究进展[J];精细与专用化学品;2013年08期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 唐霜;新型笼状P-N大分子膨胀型阻燃剂的制备及其阻燃聚丙烯的性能及机理研究[D];华南理工大学;2013年

  本文关键词：新型含硼聚硅氧烷的合成及其与膨胀型阻燃协同阻燃聚丙烯的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：329908