水铝英石阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究

发布时间：2017-07-08 17:05

  本文关键词：水铝英石阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究

  更多相关文章： 聚丙烯 协效阻燃 热稳定性 耐水性

【摘要】：聚丙烯(PP)是目前使用量最大的三大通用塑料之一,其广泛应用于建筑、电器等方面。PP主链为简单的C-H结构,基体中不存在阻燃元素,非常容易燃烧,极限氧指数(LOI)仅为18%,且燃烧时伴有大量的可燃熔滴和有毒烟雾产生,增加了火灾危险性,极大的限制了它的应用,因此,PP阻燃性能的研究十分迫切,协效阻燃和纳米阻燃具有阻燃效率高的特点,因此协效阻燃和纳米阻燃已经成为PP阻燃研究领域的一大热点。本文把水铝英石作为协效剂和阻燃剂对聚丙烯阻燃性能的影响进行了研究。(1)以水热合成法合成了水铝英石(ALL),通过X射线衍射(XRD)和傅立叶红外光谱(FT-IR)表征了目标产物水铝英石的结构。将ALL与传统膨胀型阻燃剂IFR复配,采用熔融共混法制备了PP/IFR/ALL复合材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥形量热测试(CONE)和热重分析(TGA)分析了PP/IFR/ALL复合材料的阻燃性能和热稳定性。实验结果表明水铝英石的加入可以提高PP的极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)级别;锥形量热(CONE)测试表明,PP/IFR/ALL复合材料的热释放速率(HRR)、最大热释放速率(PHRR)和质量损失速率(MLR)均明显的低于PP/IFR体系和纯PP。热重分析(TG)结果表明,2wt%的水铝英石的加入可以提高PP的热稳定性和高温下的残炭量,相比于PP/IFR残炭量提高了大约7%。通过极限氧指数(LOI)和锥形量热(CONE)测试后的数码照片以及锥形量热(CONE)测试后残炭的扫描电镜(SEM)照片都可以看出,水铝英石的加入可以促进较均匀和致密的膨胀炭层的形成。以上结果表明,添加一定量的水铝英石可以有效的与膨胀型阻燃剂IFR协同阻燃聚丙烯。力学性能和耐水性能测试表明,水铝英石的加入还可以提高PP/IFR复合材料的拉伸强度、冲击强度和耐水性能。(2)利用本课题组前期合成的一种三嗪成炭剂(PTPA)与聚磷酸铵(APP)按一定比例复配成新型膨胀阻燃剂(n IFR)与水铝英石协同阻燃PP。当向含有20wt%n IFR的PP/n IFR体系中添加少量(2wt%)水铝英石时,体系的阻燃性能显著提高,PP/n IFR的极限氧指数(LOI)达到33,热释放速率(HRR)下降明显。为了了解产生这种阻燃效果的成因,对PP、PP/n IFR和PP/n IFR/ALL体系进行了热重分析,并通过扫描电镜对残炭的形貌进行了表征。结果表明,水铝英石可以提高PP/n IFR的热稳定性,促进连续且更加致密的炭层的形成。同时,水铝英石的加入使力学性能也有了一定的提高。(3)合成了对螺环磷酸酯二酰氯(SPDPC),并将其与水铝英石反应合成水铝英石接枝对螺环磷酸酯二酰氯(ALL-g-SPDPC),并通过傅立叶红外光谱表征了其结构。采用熔融共混法制备了PP/ALL和PP/ALL-g-SPDPC复合材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧等级(UL-94)、锥形量热(CONE)和热重分析(TGA)对其阻燃性能和热稳定性进行了研究。实验结果表明,不论是ALL还是ALL-g-SPDPC都可以提高PP的阻燃性能和热稳定性,而ALL-g-SPDPC提高的程度明显大于ALL。
【关键词】：聚丙烯 协效阻燃 热稳定性 耐水性
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 前言15
• 1.2 聚丙烯的燃烧和阻燃机理15-17
• 1.2.1 聚丙烯的燃烧过程和机制15-16
• 1.2.2 聚丙烯阻燃的作用机理16-17
• 1.3 聚丙烯常用的阻燃剂种类17-24
• 1.3.1 卤系阻燃剂18-19
• 1.3.2 金属氢氧化物类阻燃剂19-20
• 1.3.3 磷系阻燃剂20-21
• 1.3.4 硅系阻燃剂21-22
• 1.3.5 氮系阻燃剂22-23
• 1.3.6 膨胀型阻燃剂23-24
• 1.4 阻燃聚丙烯的研究现状24-25
• 1.5 协同阻燃作用的研究25-27
• 1.6 纳米阻燃作用的研究27
• 1.7 选题的目的意义和研究的主要内容27-29
• 1.7.1 选题的目的意义27-28
• 1.7.2 研究的主要内容28-29
• 第二章 水铝英石的合成及其与传统的膨胀型阻燃剂协效阻燃聚丙烯（PP）的研究29-46
• 2.1 引言29
• 2.2 实验原料和设备29-30
• 2.2.1 实验原料29-30
• 2.2.2 实验仪器和设备30
• 2.3 试样的制备30-31
• 2.3.1 水铝英石（ALL）的制备30
• 2.3.2 阻燃PP的制备30-31
• 2.3.3 样品制备的工艺条件31
• 2.4 试样的表征31-33
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）测试31
• 2.4.2 傅里叶红外光谱（FT-IR）测试31
• 2.4.3 热失重分析（TGA）测试31-32
• 2.4.4 极限氧指数（LOI）测试32
• 2.4.5 垂直燃烧（UL-94）测试32
• 2.4.6 锥形量热仪（CONE）测试32-33
• 2.4.7 残炭形貌分析33
• 2.4.8 力学性能测试33
• 2.4.9 耐水性测试33
• 2.5 结果与讨论33-45
• 2.5.1 水铝英石的FT-IR分析33
• 2.5.2 水铝英石的XRD分析33-34
• 2.5.3 水铝英石对PP/IFR LOI及UL-94性能的影响34-36
• 2.5.4 水铝英石对PP/IFR锥形量热性能的影响36-41
• 2.5.5 水铝英石的热稳定性及其对PP/IFR热稳定性能的影响41-43
• 2.5.6 水铝英石对PP/IFR残炭形貌的影响43-44
• 2.5.7 水铝英石对PP/IFR力学性能的影响44
• 2.5.8 水铝英石对PP/IFR耐水性能的影响44-45
• 2.6 本章小结45-46
• 第三章 水铝英石与新型膨胀阻燃剂（n IFR）协同阻燃PP的研究46-55
• 3.1 引言46
• 3.2 实验原料和设备46-47
• 3.2.1 实验原料46-47
• 3.2.2 实验仪器和设备47
• 3.3 试样的制备47-48
• 3.3.1 中间体ⅠCYCUS（2, 4-二氯6二苯胺基-1, 3, 5-三嗪）的制备47
• 3.3.2 三嗪阻燃剂PTPA的合成47-48
• 3.3.3 阻燃PP的制备48
• 3.3.4 样品制备的工艺条件48
• 3.4 试样的表征48-49
• 3.4.1 傅里叶红外光谱测试48
• 3.4.2 极限氧指数测试48
• 3.4.3 垂直燃烧测试48
• 3.4.4 热失重分析（TGA）测试48
• 3.4.5 锥形量热测试测试48
• 3.4.6 残炭扫描测试48-49
• 3.4.7 力学性能测试49
• 3.5 结果与讨论49-54
• 3.5.1 水铝英石对PP/n IFR极限氧指数（LOI）及UL-94性能的影响49
• 3.5.2 水铝英石对PP/n IFR锥形量热性能性能的影响49-51
• 3.5.3 水铝英石对PP/n IFR热稳定性能的影响51-53
• 3.5.4 水铝英石对PP/n IFR残炭形貌的影响53
• 3.5.5 水铝英石对PP/n IFR力学性能的影响53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第四章 水铝英石及水铝英石接枝SPDPC阻燃聚丙烯的研究55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 实验原料和设备55-56
• 4.2.1 实验原料55-56
• 4.2.2 实验仪器与设备56
• 4.3 试样的制备56
• 4.3.1 SPDPC（螺环磷酸酯二酰氯）的合成56
• 4.3.2 ALL-g- SPDPC的合成56
• 4.3.3 阻燃PP的制备56
• 4.3.4 样品制备的工艺条件56
• 4.4 试样的表征56-57
• 4.4.1 傅里叶红外光谱（FT-IR）测试56-57
• 4.4.2 极限氧指数测试57
• 4.4.3 垂直燃烧测试57
• 4.4.4 热失重分析（TGA）测试57
• 4.4.5 锥形量热测试测试57
• 4.4.6 残炭扫描测试57
• 4.4.7 力学性能测试57
• 4.5 结果与讨论57-66
• 4.5.1 SPDPC及ALL-g-SPDPC的FT-IR表征57-58
• 4.5.2 ALL和ALL-g-SPDPC对PP极限氧指数（LOI）及UL-94性能的影响58-59
• 4.5.3 PP复合材料的CONE分析59-62
• 4.5.4 PP复合材料的热稳定性研究62-65
• 4.5.5 PP复合材料的力学性能研究65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 结论与展望67-69
• 参考文献69-75
• 致谢75-76
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 S.S.S.Rajan;张远芳;;水铝英石粘粒对硫酸根的吸附和解吸及其与表面电荷的关系[J];土壤学进展;1986年05期

2 朱之培;;水的软化[J];江西腐植酸;1985年01期

3 Kobayash Yoshitaka;刘燕美;;多环芳烃在土壤中特性的研究——物理化学方面的影响[J];世界环境;1986年02期

4 王厚亮,李建保,黄勇,邹爱红;纳米中空晶须-水铝英石的结构、性质与合成[J];材料导报;1997年02期

5 王博;;氧化铁溶解处理对水铝英石等电点的影响[J];国外非金属矿;1987年04期

6 ;国外丝绸文摘[J];丝绸;1980年06期

7 ;测试方法及标准[J];国外非金属矿;1984年01期

8 何李科;王益庆;张亦炀;李晓林;小森佳彦;张立群;;中空球状水铝英石/SBR纳米复合材料的制备与性能研究[J];橡胶工业;2009年09期

9 徐如人;;天然资源制取分子筛的近况与前景[J];石油化工;1980年04期

10 于众;;我国某地高岭石族矿物形成发展过程在扫描电子显微镜下的研究[J];硅酸盐;1981年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 李东艳;水铝英石阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2015年

2 何李科;水铝英石/橡胶纳米复合材料的制备[D];北京化工大学;2008年

，

本文编号：535456