超支化聚酯成炭剂改性及包覆聚磷酸铵阻燃聚丙烯的研究

发布时间：2020-08-26 18:39

【摘要】：聚丙烯(PP)因其具有较好的耐酸耐腐蚀性、优良的耐热性、轻质以及极高的断裂伸长率和抗冲击强度等特性,在小到日常生活中的容器大到化工厂的罐体以及车船等都得到了广泛应用。但因PP的极限氧指数(LOI)仅为18.2 voL%,极易燃烧,限制了PP的运用。因此对PP进行阻燃防护研究,具有重要的现实意义。目前,在PP的阻燃研究上使用较多的为磷系阻燃剂,其中聚磷酸铵(APP)由于具有较高的磷、氮比,能同时发挥酸源、气源双重作用,得到了广泛的研究。但是由于其存在较强的吸潮性以及与PP相容性较差引发力学性能下降等问题。因此本文首次选用了一种端羧基超支化聚酯(HBPE)为原材料(其通常作为流变改性剂及增韧剂来使用),以KH-550为桥梁,通过两种方法来解决上述问题——HBPE改性APP(MAPP)以及HBPE包覆APP(MCAPP)。并采用涂层阻燃以及添加型阻燃的方式来提高PP的火安全性。采用涂层阻燃的方式,首先通过等离子体处理PP表面,提高其表面能以提高涂层粘附力。然后将MAPP、超支化聚酯(HBPE)和聚乙烯醇缩甲乙醛(PVFA)组成的阻燃涂料通过提拉法制备了带有光滑涂层的PP样条。阻燃涂层具有优异的阻燃性、良好的耐水性、较强的粘附力以及较好的柔韧性。其中阻燃涂层厚度为180μm的PP2-2,其LOI可到达32.2 voL%并顺利通过垂直燃烧测试(UL-94)V-0等级,在锥形量热测试(CCT)中,PP2-2的热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、烟释放速率峰值(PSPR)和火灾增长指数(FIGRA)相较于PP分别下降了82%、30%、60%与95%。阻燃涂层在燃烧过程中生成的膨胀炭层赋予了体系优异的隔热隔氧作用(凝聚相阻燃作用),且在阻燃过程生成的水蒸气、氨气以及二氧化碳等气体稀释了氧气和可燃气体的浓度,进一步发挥着气相阻燃作用,显著提高了PP的火安全性。将微胶囊化的APP(MCAPP)通过添加型阻燃方式制得PP阻燃复合材料,在20 wt%的添加量下,PP阻燃复合材料即可获得良好的阻燃性,其氧指数达到32.1 voL%,并获得UL-94 V-0评级;随着添加量达到25 wt%,氧指数也增高到34.2 voL%。CCT测试表明:MCAPP赋予PP较高的火安全性。相较于PP,PPM3的PHRR、THR和FIGRA分别下降了86.8%、56.4%和92.6%,同时PPM3具有抑烟性——即总产烟量(TSP)和PSPR相较于PP分别下降了79.6%和51.8%。通过SEM、TG-IR、XPS和LRS分析得知,MCAPP的阻燃效果主要是通过凝聚相阻燃与气相阻燃的双重阻燃机理得以实现。拉伸和冲击测试表明,20 wt%与25 wt%的添加量下,MCAPP对PP基体的力学性能几乎没有影响,而且冲击性能有所提高。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.14
【图文】：

图 1-2 聚丙烯的分类Fig. 1-2 Classification of polypropylene加工一般有挤出和模塑两种方式。常见的挤出方法包括生产熔形成长辊，以便将来转化成各种有用的产品：如面罩、过滤器、。PP 最常见的加工成型技术是注塑成型，可用于诸如杯子、餐、容器、家用器具和汽车零件（如电池）等。同时常用的成型技射拉伸吹塑。因为在制造不同 PP 制品过程中，可以选择特定的制添加剂的多少，所以 PP 的使用范围是较为广泛的。例如，可加剂以帮助 PP 表面抵抗灰尘和污垢；许多物理精加工技术也可加工）；表面处理同样可以应用于聚丙烯部件，以促进印刷油墨由于 PP 具有高度结晶结构，所以在固态下使其膨胀是不易的。PP）可使用化学或物理发泡剂的熔融加工制造，同时，PP 可以

太原理工大学硕士研究生学位论文 PP 的燃烧及阻燃机理燃烧是燃料（还原剂）和氧化剂（通常是大气中的氧气提供的氧化）之放热氧化还原的化学反应，产生的气态的混合物通常被称为烟雾。燃烧本的自由基反应的复杂序列,且燃烧时产生的火焰所散发的热量可以使维持。通常，聚合物的燃烧是发生在界面上（boundary）的，因此又叫。众所周知，聚合物的燃烧是极其复杂的，通常气相、凝聚相同时进行3 所示，在氧气与热量的作用下，聚合物发生热降解并留下烟雾以及焦charred residue），产生的热量使基体进一步的延续燃烧。

图 2-1 MAPP 的合成路线Fig. 2-1 The synthesis route of MAPP2.1.4 测试与表征傅立叶红外光谱仪（FT-IR）: 型号为 Nicolet-710（Bruker），对 APP、K-APP和 MAPP 进行红外测试。X 射线光电子谱分析（XPS）: 型号为 ESCALAB 250 X（IThermo Scientific），对 APP 和 MAPP 进行 XPS 测试。场发射扫描电镜（FESEM）: 型号为 JSM-7001F（JEOL，Japan）对 APP、K-APP 和 MAPP 进行 SEM 测试。热重分析（TGA）: 型号为 STA-409 （Netzsch, Germany）对 APP 和 MAPP进行热稳定性能分析。水接触角测试（WCA）: 型号为 JC2000DF（北京，中国）分别对 APP 与

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