镁基阻燃材料在聚烯烃类热塑性弹性体中的应用研究

发布时间：2020-06-20 11:00

【摘要】：由高分子聚合材料引发的超高层建筑和公共场所恶性火灾对社会公共安全造成严重影响,制约了聚合材料在此类建筑和场所中大规模使用,利用阻燃剂提高聚合材料的阻燃抑烟性能是解决这一问题的有效途径。镁基阻燃剂具有多重阻燃、低烟无毒、不产生二次污染等优点,被越来越广泛的应用于材料阻燃领域。本文以镁基阻燃材料为对象,研究其对聚烯烃类热塑性弹性体(TPO)的阻燃作用,使TPO复合材料具有良好的阻燃抑烟性能、安全性能和力学性能。主要内容和结果如下:(1)以直接沉淀法合成氢氧化镁纳米片、碱式硫酸镁纳米晶须、碱式碳酸镁微球。将无水硫酸镁、氢氧化镁、碱式硫酸镁和碱式碳酸镁添加至TPO中,氢氧化镁与碱式碳酸镁在TPO中的分散性明显好于无水硫酸镁和碱式硫酸镁。镁基化合物与TPO的相容性影响复合材料燃烧的成炭效果,氢氧化镁-TPO与碱式碳酸镁-TPO燃烧残留物的炭化效果明显好于硫酸镁-TPO与碱式硫酸镁-TPO燃烧残留物。(2)不同镁基化合物的阻燃抑烟效果不同,氢氧化镁对TPO阻燃抑烟整体效果最好。添加35wt%氢氧化镁的TPO复合材料比纯TPO的燃烧热释放速率峰值降低了3 1.4%,600 s总热释放量降低了35.6%,产烟速率峰值降低了50.0%,600 s总产烟量降低了56.0%;氢氧化镁对降低TPO复合材料火灾危险性的效果最为显著。较低添加量的氢氧化镁并未明显降低TPO复合材料的力学性能。(3)氢氧化镁与氢氧化铝复合使用的质量比为4:1时,对TPO燃烧放热抑制效果最好。相比不含阻燃剂的TPO,添加35wt%此配比复合阻燃剂的TPO复合材料热释放速率峰值降低了41.6%,400 s总热释放量降低了39.6%。氢氧化镁单独使用的抑烟效果好于其与氢氧化铝复合使用。分别添加3 5wt%氢氧化镁和氢氧化镁/铝复合阻燃剂的TPO复合材料烟气毒性均可以达到准安全2级(ZA2)。(4)使用稀土偶联剂对氢氧化镁进行干法改性获得了良好的效果。氢氧化镁添加量3 5wt%时,改性氢氧化镁阻燃抑烟效果好于未改性氢氧化镁。添加50wt%未改性和改性氢氧化镁的TPO复合材料比纯TPO的燃烧热释放速率峰值分别降低了57.1%、55.6%;400 s总热释放量分别降低了69.2%、65.6%;产烟速率峰值分别降低了77.3%、77.3%;400 s总产烟量分别降低了91.0%、87.4%。复合材料的烟气毒性等级均提高到准安全1级(ZA1)。在此添加比例下,表面改性虽然未进一步提升氢氧化镁的阻燃抑烟性能,但是能够提高TPO复合材料的力学性能。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ334.2
【图文】：

燃烧过程,聚合物

燃烧是可燃物与氧化剂之间的一种快速氧化反应，是一个复杂的物理－化学过程，逡逑且通常产生发光、放热和烟气生成等特征。逡逑如图１．１所示，聚合物受热后，热量传导进入材料内部，温度继续升高，材料首先吸逡逑热熔融，一些热稳定性最差的键开始断裂，分解成小分子产物，小分子受热进一步分解逡逑成更小的可燃气态物质。当可燃气态物质达到一定浓度与温度时，与氧气反应，形成燃逡逑烧＝燃烧释放出的热量一部分释放到周围环境中，另一部分则对材料形成热辐射继续促逡逑进其燃烧。火焰区顶端的燃烧产物则以烟（固体颗粒物）和气态物的形式存在。逡逑热源、氧气、可燃物是形成和维持燃烧的基本要素。聚合物燃烧过程中，可燃材料逡逑是燃烧的物质基础，热源是燃烧的物理条件，氧气是燃烧的化学条件，三者缺一不可。逡逑因此，对高聚物进行阻燃处理，只需切断维持燃烧的三要素之一，就能达到阻燃的效果逡逑［１３５］。一般情况下，聚合物阻燃通过凝固相阻燃、气相阻燃、冷却阻燃和协效阻燃等机逡逑理来实现。逡逑－１５－逡逑

锥形量热仪

２．２．３．３逦ＴＰＯ复合材料性能测试逡逑ＴＰＯ复合材料阻燃抑烟性能测试：逡逑使用英国ＦＴＴ公司生产的４１００型锥形量热仪（如图２．１所示）对表２．３中ＴＰＯ复合材料逡逑样品燃烧性能和产烟特性参数进行测试。逡逑ｕｌ逡逑＾？＊－＊＊■＊逦，．．￣ｒｖｖ邋．邋＿ｎｉ＿逡逑－？邋；．逦丨．丨．丨”丨：丨■丨－丨丨‘丨丨『｜邋一逡逑？邋ｉＳ逡逑ｍ：逡逑丨卜、Ｍ丨逡逑Ｊｉｌｌ．邋逦逡逑＾—一逡逑图２．１锥形量热仪逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｄｕａｌ邋Ｃｏｎｅ邋Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ逡逑－２７－逡逑

【参考文献】