焦磷酸哌嗪基膨胀型阻燃剂对聚烯烃的阻燃作用研究

发布时间：2020-04-14 09:14

【摘要】：焦磷酸哌嗪基膨胀性阻燃剂(IFR)是一类新型的IFR,与聚磷酸铵(APP)基IFR相比,它具有更好的阻燃作用、耐热稳定性和耐水析出性能,且应用范围更广,是极具发展潜力的无卤阻燃剂。但目前关于焦磷酸哌嗪基IFR的配方还很少,作用机理研究还未见报道,应用不广泛。因此,开展以上研究具有重要的意义。通过极限氧指数(LOI)测定、垂直燃烧试验和锥形量热分析研究了焦磷酸哌嗪分别与两种氮系阻燃剂(分别简称为氮系阻燃剂-1和氮系阻燃剂-2)复配而成的IFR对PP和PE的阻燃作用,并考察了六种协效剂(分别简称协效剂-1、协效剂-2、协效剂-3、协效剂-4、协效剂-5、协效剂-6)对以上IFR的协同阻燃作用。结果表明:由焦磷酸哌嗪与氮系阻燃剂-1复配的IFR对PP和PE有良好的阻燃作用。当m(氮系阻燃剂-1):m(焦磷酸哌嗪)=1:2.5(此质量比复配的阻燃剂简称IFR-1),阻燃剂的添加量为26%,PP的LOI为35.2%,垂直燃烧等级达到UL94 V-0级,与纯PP相比,PP/IFR-1的热释放速率峰值(PHRR)、总释放热量(THR)、最高有效燃烧热(PEHC)、平均有效燃烧热(MEHC)、质量损失速率峰值(PMLR)和平均质量损失速率(MMLR)分别降低了91.34%、31.42%、8.75%、16.60%、52.60%和33.33%;当m(氮系阻燃剂-1):m(焦磷酸哌嗪)=22:78(此质量比复配的阻燃剂简称IFR-3),阻燃剂的添加量为30%,PE的LOI可以达到34.7%,垂直燃烧等级达到UL94 V-0级。与纯PE相比,PE/IFR-3的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了68.72%、27.51%、1.20%、44.56%、58.54%和74.39%。由焦磷酸哌嗪与氮系阻燃剂-2复配的IFR对PP和PE也具有良好的阻燃作用。当m(氮系阻燃剂-2):m(焦磷酸哌嗪)=1:2.0(此质量比复配的阻燃剂简称IFR-2),阻燃剂的添加量为26%,PP的LOI达到35.5%,垂直燃烧等级达到UL94 V-0级。与纯PP相比,PP/IFR-2的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了85.45%、17.33%、10.0%、20.32%、67.05%和19.05%。当m(氮系阻燃剂-2):m(焦磷酸哌嗪)=22:78(此质量比复配的阻燃剂简称IFR-4),阻燃剂的添加量为30%,PE的LOI可达到35.3%,垂直燃烧等级可达到UL94 V-0级。与纯PE相比,PE/IFR-4的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了69.41%、30.23%、6.02%、26.77%、61.79%和74.39%。协效剂-3、协效剂-5和协效剂-6对IFR-1阻燃PP有一定协效作用,协效剂-1、协效剂-2和协效剂-4对IFR-1阻燃PP无明显的协效作用,协效剂-1、协效剂-3和协效剂-6对IFR-2阻燃PP有一定的协效作用,协效剂-2和协效剂-5对IFR-2阻燃PP无明显协效作用。与PP/IFR-2相比,PP/IFR-2/协-3的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了21.28%、10.95%、2.78%、4.05%、5.26%和23.53%。PP/IFR-2/协-6的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了3.09%、6.31%、4.17%、18.79%、42.11%和52.94%。PP/IFR-2/协-1的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了9.75%、4.54%、5.56%、9.38%、42.11%和17.65%。协效剂-3和协效剂-5对IFR-3阻燃PE有一定协效作用,协效剂-1和协效剂-6对IFR-3阻燃PE无协效作用,协效剂-6对IFR-4阻燃PE有一定的协效作用,协效剂-1、协效剂-3、协效剂-5对IFR-4阻燃PE无明显的协效作用,与PE/IFR-4相比,PE/IFR-4/协-3的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了78.42%、14.56%、5.13%、6.73%、80.85%和19.05%。PE/IFR-4/协-6的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了45.72%、15.81%、6.41%、22.76%、31.91%和23.81%。PE/IFR-4/协-1的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分别降低了25.25%、11.65%、10.26%、27.40%、25.53%和28.57%。通过热重分析研究了焦磷酸哌嗪基IFR对PP和PE热稳定性的影响。结果表明,添加焦磷酸哌嗪基IFR明显提高了PP和PE的热稳定性,且IFR-2对PP热稳定性的影响比IFR-1大,IFR-4对PE热稳定性的影响比IFR-3大,协效剂的加入使PP和PE的热稳定性进一步提高。通过锥形量热试验残余物分析,并结合热重分析结果,探讨了焦磷酸哌嗪基IFR对PP的阻燃作用机理。结果表明,焦磷酸哌嗪基IFR主要是通过凝聚相阻燃。焦磷酸哌嗪受热分解出的聚偏磷酸等磷酸类物质促使成炭剂脱水成炭,并在焦磷酸哌嗪释放出的N_2等惰性气体作用下膨胀发泡,形成致密的不可燃的膨胀炭层。该膨胀炭层通过隔热、隔氧及阻止聚合物裂解产物挥发而产生阻燃作用。
【图文】：

(4) 纯 PP 2-7 阻燃 PP 的锥形量热实验残余物照otos of the residues obtained in the cone ca表 2-23 残余物的 P 元素分析结果b 2-23 Element analysis data of PP/IFR res燃烧残余率% 1.5 8.6 12.0 -3 16.5 23 可以看出，，PP 几乎完全烧尽，协-3未完全烧尽，留下黑色的残余物成了膨胀炭层。

样品 燃烧残余率% P/%PP 1.5 0PP/IFR-1 8.6 18.8%PP/IFR-2 12.0 19.8%PP/IFR-2/协-3 16.5 19.4%图 2-7 和表 2-23 可以看出，PP 几乎完全烧尽，无残余物，PP-2和PP/IFR-2/协-3未完全烧尽，留下黑色的残余物，残余率分别 16.5 %，并形成了膨胀炭层。PP/IFR-2(a) PP/IFR-2 (b)
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ314.248;TQ325.1

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本文编号：2627139