聚磷酸酯阻燃剂对聚乳酸的阻燃改性研究

发布时间：2020-10-20 17:36

　　 聚乳酸(PLA)是一种绿色环保可生物降解的材料,可应用于众多领域。但由于其阻燃性能差,应用受到限制,需对PLA进行阻燃改性。聚磷酸酯阻燃剂较传统卤系阻燃剂而言,拥有高效、无毒、低烟与热稳定性好等优点。本文采用聚磷酸酯类阻燃剂聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)和聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯(POPP)两种阻燃剂,同时复配聚磷酸铵(APP)和蒙脱土(MMT)形成复配阻燃体系对PLA进行阻燃改性。本文的研究内容与测试结果如下:(1)对PBPP与POPP两种聚磷酸酯类阻燃剂热分析,结果表明两种阻燃剂均有较好的热稳定性和成炭性能,600℃氮气氛围下,PBPP的残炭量可高达57.4%,POPP的残炭量可达41.0%。(2)PBPP及其与APP和MMT复配对PLA进行阻燃改性研究。结果表明,单独添加PBPP对PLA具有一定阻燃效果,但等比例PBPP复配APP体系的阻燃性能、热稳定性、抑热抑烟性、火灾安全指数均要优于仅添加PBPP阻燃体系,4%PBPP/APP-PLA(wt,质量分数,下同)的LOI值高达29.4%,且UL-94测试达V-0等级,同时滴落现象减缓,起始分解温度(T_(5%))与残炭量提高,PHRR、THR、EHC、TSR与TSP值均有降低,且锥形量热测试后的炭层形貌显示PBPP/APP复配阻燃体系比单独添加PBPP阻燃体系的炭层更致密且泡孔增多,更有利于膨胀阻燃。在PBPP/APP复配基础上,1%MMT的引入使阻燃复合材料具有良好的阻燃性能,提升PLA基体材料的LOI值、初始分解温度与600℃下残炭量,降低基材HRR、EHC和FPI值,但对TSP烟毒性参数等没有明显效果,同时改善了滴落情况,提高了复合材料火灾安全性,并通过热重-红外联用研究了PBPP及其与APP和MMT复配阻燃PLA的作用机理。(3)POPP及其与APP和MMT复配对PLA进行阻燃改性研究。实验结果表明阻燃剂POPP的加入会提高PLA的LOI值、UL-94等级、热稳定性、初始分解温度与残炭率,但锥形量热分析(CONE)显示,低添加量的阻燃体系对热释放与烟抑制无明显效果,随着阻燃剂添加量的增加,30%POPP-PLA的THR与EHC值明显降低,残炭量可达8.98%。而等比例POPP复配APP对PLA的阻燃效果要好于仅添加POPP阻燃体系,30%POPP/APP的LOI值可达26.7%,UL-94测试达V-0级,初始分解温度与残炭率均高于30%POPP-PLA体系,且HRR、PHRR、THR、EHC与TSP显著降低,锥形量热法测试后的炭残留物形貌显示出随着阻燃剂添加量的增加POPP/APP复配阻燃剂改性PLA的复合材料炭层更光滑、连续、致密与热稳定性好。在POPP/APP复配基础上,1%MMT的加入可改善复合材料的阻燃性能与滴落情况,提升复合材料的热稳定性,降低了HRR、THR、PHRR、EHC与FPI值,残炭形貌显示,复合材料燃烧后有产生更连续、更厚、更膨胀的炭层,同时,对PLA具有较好的抑烟性能,可一定程度上减少烟的产生量,并通过热重-红外联用研究了POPP及其与APP和MMT复配阻燃PLA的作用机理。
【学位单位】：贵州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ314.248;TQ323.41
【部分图文】：

图 1 阻燃原理示意图.1 Schematic diagram of flame retardant p燃作用，可以抑制气相链式反应，其分的浓度和降低其温度，并且具有覆盖效传播的自由基的浓度。理联、接枝、催化脱水等均有助于成炭，其传递至基体材料，防止下层材料的氧化表面屏障，酸催化炭的形成，炭层的隔

图3-4 与图 3-5 分别为纯 PLA、PBPP/APP-1#与 PPBPP/APP-4#复合材料 CONE 测0 100 200 300 400 500 6000100200300400500RH(RKW/m2)Time(s)PLA-0#PBPP-1#PBPP-4#PBPP/APP-1#PBPP/APP-4#(a)0 100 200 300 400 500 600050010001500200025003000SRT(m2m/2)Time(s)PLA-0#PBPP-1#PBPP-4#PBPP/APP-1#PBPP/APP-4#(b)0 100 200 300 400 500 6000510152025CY(Ogk/k)gTime(s)PLA-0#PBPP-1#PBPP-4#PBPP/APP-1#PBPP/APP-4#(c)0 100 200 300 400 500 6000510152025SP(mT)3Time(s)PLA-0#PBPP-1#PBPP-4#PBPP/APP-1#PBPP/APP-4#(d)

试后的残炭形貌图与扫描电镜图。由于 PBPP/PLA 体系残炭量少，所以选PBPP/APP/PLA 体系进行研究。a. PLA-0# b. PBPP/APP-1# c. PBPP/APP-4#图 3-4 纯 PLA 与 PBPP/APP-PLA 体系残炭形貌图Fig. 3-4 Digital photographs for residues of PLA-0#(a)、PBPP/APP-1#（b）、PBPP/APP-4#（c）afterCC test
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本文编号：2848958