阻燃高抗冲聚苯乙烯／有机改性蒙脱土纳米复合材料阻燃效应的研究（I）——传统阻燃剂与改性蒙脱土的阻燃协效性

运用“一步熔融共混法”制备了包含十溴联苯醚(DBDPO)—氧化锑(Sb2O3)和蒙脱土(MMT)—十六烷基三甲基溴化铵(C16BrN)阻燃体系的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)复合材料，并通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、UL94垂直燃烧测试和锥形量热计等测试手段对其结构形貌和燃烧性能进行了表征。结果表明，在传统阻燃剂DBDPO存在前提下，仍然荻取了具有插层结构的高抗冲聚苯乙烯／蒙脱土(HIPS／MMT)纳米复合材料。燃烧特性实验发现两种阻燃体系在HIPS基体中具有良好协效性，复合材料热释放速率大幅下降。这种效应为减少溴系阻燃剂用量以降低生产成本和减轻不良环境效应提供了依据，对于发展绿色环保型高性能聚合物阻燃复合材料非常有意义。     

阻燃高抗冲聚苯乙烯/有机改性蒙脱土纳米复合材料阻燃效应的研究(Ⅰ)--传统阻燃剂与改性蒙脱土的阻燃协效性

运用"一步熔融共混法"制备了包含十溴联苯醚(DBDPO)-氧化锑(Sb2O3)和蒙脱土(MMT)-十六烷基三甲基溴化铵(C16BrN)阻燃体系的高抗冲聚苯乙烯(HIPS)复合材料,并通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、UL 94垂直燃烧测试和锥形量热计等测试手段对其结构形貌和燃烧性能进行了表征.结果表明,在传统阻燃剂DBDPO存在前提下,仍然获取了具有插层结构的高抗冲聚苯乙烯/蒙脱土(HIPS/MMT)纳米复合材料.燃烧特性实验发现两种阻燃体系在HIPS基体中具有良好协效性,复合材料热释放速率大幅下降.这种效应为减少溴系阻燃剂用量以降低生产成本和减轻不良环境效应提供了依据,对于发展绿色环保型高性能聚合物阻燃复合材料非常有意义.     

发展阻燃型HIPS纳米复合材料的研究

本文运用一步熔融共混法制备了含有十溴联苯醚（DBDPO）或十溴二苯乙烷（DBDPE）和C16改性蒙脱土（MMT）的高抗冲聚苯乙烯（HIPS）复合材料,并采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、UL 94垂直燃烧和锥型量热等试验手段对其燃烧性能和相态进行了表征.结果标明,DBDPO/E存在时仍可获得具有插层结构的HIPS纳米复合材料.由于十溴和蒙脱土两种体系间的良好协同效应,这些材料的阻燃性提高、燃烧后的热释放速率下降.文中对其潜在机理进行了探讨.这种协同效应可用于指导发展环保性和阻燃性兼顾的HIPS纳米复合材料.     

负载镍有机蒙脱土体系对HIPS阻燃性能影响的研究

研究主要采用离子交换、溶液浸渍、球磨等方法制备负载镍有机蒙脱土体系,并采用熔融插层法制备PLS纳米复合材料,用锥形量热仪等试验仪器对材料的燃烧性能进行测试与评价。研究结果表明:采用离子交换法制备的负载镍有机蒙脱土体系能较好的降低复合材料的热释放速率,其阻燃作用比有机蒙脱土略好。通过对HIPS/负载镍有机蒙脱土复合材料燃烧后炭层的形貌及质量损失的分析与研究,推断其阻燃机理为镍催化HIPS在燃烧过程生成的炭与有机蒙脱土的插层结构共同起到了物理屏蔽阻燃作用。     

十溴二苯乙烷阻燃ABS燃烧性能评价

利用锥形量热仪（CONE）对比研究了十溴二苯乙烷阻燃ABS和十溴二苯醚阻燃ABS的一些相关的燃烧参数，烟度性能等。结果显示，十溴二苯乙烷阻燃的ABS阻燃效果十分明显，并且十溴二苯乙烷阻燃的ABS的各个参数值都很接近甚至优于十溴二苯醚阻燃的ABS制品，因此其可以替代十溴二苯醚应用在ABS的阻燃中。     

氢氧化镁/红磷对硅橡胶/黏土纳米复合物阻燃性能的研究

选用甲基乙烯基硅橡胶(MVMQ)和十六烷基三甲基溴化铵(C16BrN)改性的蒙脱土(OMMT)纳米复合材料为原料,以氢氧化镁/微胶囊化红磷(MH/MRP)为阻燃剂,以气相法白炭黑为补强剂,用熔融共混法制备了无卤阻燃MVMQ纳米复合材料。笔者采用XRD表征制备的MVMQ/OMMT纳米复合物的结构,用机械性能测试研究气相法白炭黑和OMMT对MVMQ的协效补强作用,通过极限氧指数、UL94 V垂直燃烧法、环境扫描电镜(ESEM)和热重分析(TG)等分析测试手段研究其燃烧性能和热性能,结合材料宏观燃烧性能的改变,推断OMMT和MH/MRP对MVMQ的阻燃作用机理。     

十溴二苯乙烷阻燃聚合物材料的性能评价研究

分析了十溴二苯醚(DBDPO)在环保方面受限的趋势以及十溴二苯乙烷(DBDPE)作为替代品所具有的优势。用DBDPE制得的各种阻燃材料(PP、ABS、HIPS)与DBDPO相应制得的阻燃材料进行对比分析,结果显示DBDPE制品各种参数随添加剂的变化趋势比DBDPO制品缓慢,但总体上DBDPE与DBDPO制品的性能比较接近甚至更好,DBDPE可替代DBDPO应用在阻燃材料中。     

三氧化钼与有机蒙脱土复配体系在膨胀阻燃环氧树脂中的应用

为了提高膨胀阻燃环氧体系的阻燃和抑烟效率,利用聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺为膨胀阻燃剂、有机蒙脱土(OMMT)和MoO3为复配协效剂制备了膨胀阻燃环氧树脂,通过极限氧指数(LOI)、UL94、锥形量热仪和烟密度试验研究了膨胀阻燃环氧树脂的阻燃和抑烟性能。结果表明,单独添加OMMT或MoO3均能有效提高膨胀阻燃环氧树脂的LOI并降低燃烧过程中的热释放和生烟量,将二者复配使用还表现出较好的协效作用。添加质量分数1.5%OMMT和1.5%MoO3时,膨胀阻燃氧树脂的LOI达到27.8%,UL94达到V-0级,总释放热(THR)和总产烟量(TSR)相比未添加协效剂的膨胀阻燃环氧树脂分别下降了49.5%和57.8%。热重分析表明,单独添加OMMT或MoO3均能有效提高膨胀阻燃EP的热稳定性和成炭率,二者复配使用则表现出更高的初始分解温度并形成更多的残炭量。扫描电镜和红外光谱分析发现,OMMT和MoO3复配使用能促进膨胀阻燃氧树脂在燃烧过程中形成更多的交联结构以增强炭层的致密性和隔热性能,达到协效阻燃和抑烟作用。     

HIPS阻燃复合材料三元潜在火灾危险性评价

将高抗冲聚苯乙烯树脂颗粒(纳米/微米级)、十溴二苯乙烷颗粒、三氧化二锑、弹性体、分散剂和偶联剂通过一步熔融共混工艺先行制备UL94 V-0级阻燃母粒,再将其与HIPS本体树脂按不同比例混合制得阻燃复合材料,并利用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL94)及ISO 5660锥形量热计三项测试表征制得样品的燃烧和火灾性能,从中提炼和分析LOI、垂直燃烧等级和最大热释放速率(Pk HRR)等三元关键指标相关性,给出了定性定量相结合的潜在火灾危险性分级范围。结果表明:UL94燃烧等级和Pk HRR相关性体现为当Pk HRR≤330.0 k W/m~2时,试样UL94等级均为V-0级;UL94燃烧等级和LOI相关性体现为随UL94燃烧等级从V-0降到HB时,试样LOI从27.0降到17.0;Pk HRR与LOI相关性体现为Pk HRR与LOI呈粗略反向线性相关性;UL94燃烧等级、Pk HRR和LOI三元相关性体现为当LOI22.0、Pk HRR为399.0~665.0 k W/m~2时,材料UL94燃烧等级介于HB~V-2。     

溴-锑-磷协效阻燃体系对聚丙烯土工格栅阻燃和生烟性能的影响

利用极限氧指数、垂直燃烧试验、酒精喷灯燃烧试验、锥形量热仪、热重分析和力学性能测试等手段研究了溴-锑-磷阻燃体系对聚丙烯(PP)土工格栅的力学性能、燃烧性能、生烟性能和热解特性的影响。结果表明,低添加量(质量分数≤5%)的溴-锑-磷阻燃体系对PP土工格栅的拉伸强度和断裂伸长率影响较小,但明显提高了材料的阻燃性能,其中质量分数5%的四溴双酚A-双(2,3-二溴丙基醚)(八溴醚)-三氧化二锑阻燃PP的峰值热释放速率(HRR)和总释放热(THR)相比于纯PP分别下降了39.98%和26.03%。八溴醚-三氧化二锑阻燃体系与红磷复配时还表现出较好的协效作用,当溴-锑与磷的质量比为3∶2时,协效阻燃效果最优,仅添加5%的协效阻燃体系便可使PP的LOI和UL 94等级分别达到27.9%和V-0级,并通过酒精喷灯燃烧试验。与纯PP相比,溴-锑阻燃体系虽降低了PP的HRR和THR,但增大了燃烧过程中的生烟速率(SPR)和总产烟量(TSR),而红磷的加入能有效降低溴-锑阻燃PP的生烟量。热重分析表明,溴-锑-磷协效阻燃体系表现出较好的气相阻燃作用,能有效降低PP的热裂解速率,增强了PP的阻燃性能。     

GP/APP膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料阻燃及抑烟性能的影响

为了探究石墨粉 (GP) 与聚磷酸铵 (APP) 膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料的阻燃及抑烟特性的影响，采用锥形量热仪 (CCT)、热重分析仪 (TG) 及极限氧指数测试仪 (LOI) 对阻燃硅橡胶复合材料进行表征。研究结果表明:与单独添加膨胀阻燃剂APP的阻燃硅橡胶相比，添加GP/APP膨胀阻燃体系可有效提升燃烧过程中形成的膨胀碳层的致密度，降低阻燃硅橡胶复合材料的热释放速率及总烟释放量，提高阻燃硅橡胶复合材料高温阶段的热稳定性，提升阻燃硅橡胶复合材料的燃烧成炭率和质量保持率； 使阻燃硅橡胶复合材料的氧指数值增大。     

复合改性蒙脱土去除水体中颤藻的研究

为筛选用于景观水体水华应急治理的高效除藻材料,研究了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚合氯化铝(PAC)复合改性蒙脱土去除颤藻的效果.以藻液浊度去除率和叶绿素a去除率表征除藻效果,通过单因素试验和正交试验确定复合改性蒙脱土去除颤藻的最佳配比、用量和操作条件.通过Zeta电位、生物显微镜和SEM形态表征分析了复合改性蒙脱土去除颤藻的机理.通过λ=420 nm处的透光率随时间的变化来反映其絮凝沉降速率的变化.结果表明,蒙脱土投加量为70 mg/L、PAC投加量为9 mg/L、CTAB投加量为0.875 mg/L、蒙脱土粒径为90 μm、pH值为8时,颤藻叶绿素a和浊度去除率分别可达到96.02％和93.9％.蒙脱土经复合改性后电荷翻转,沉降絮凝藻细胞的速率和效果增加.复合改性蒙脱土通过电荷吸附和网捕包裹作用吸附沉降藻细胞,改性剂CTAB使藻细胞失活,抑制藻絮体重新上浮.     

聚碳酸酯/ABS/蒙脱土纳米复合材料的热重动力学分析

利用直接熔融插层技术制备聚碳酸酯/ABS聚合物合金/蒙脱土纳米复合材料.用热重分析法(TGA)研究了聚合物合金和纳米复合材料的热氧化降解行为.分别采用了无模式函数法(model-freemethod)和多元非线性回归法(multivariate nonlinearregression method)进行动力学评价.由此确定了整个降解过程的表观动力学参数.研究结果表明聚碳酸酯/ABS/蒙脱土纳米复合材料具有较高的热稳定性和阻燃性.两种材料的热氧化降解模型是一个两步分解过程.     

含二羟基DOPO衍生物阻燃改性环氧树脂的制备与热性能研究

DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)、多聚甲醛、二乙醇胺为原料合成了含二羟基的DOPO衍生物DHDOPO,并作为反应型阻燃剂引入到环氧树脂分子链结构中,制备出一组不同含磷量的阻燃环氧树脂复合材料。采用极限氧指数(LOI)法和垂直燃烧(UL-94)法测试材料的燃烧性能,结果表明,在含磷量为1.5%时,氧指数达到35.0%,并达到V-0级别。锥形量热计(Cone)数据显示阻燃改性后的环氧树脂具有更低的热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR),说明具有更高的火灾安全性。此外,还通过热重分析(TGA)实验研究了DHDOPO对环氧树脂热稳定性能的影响。通过扫描电镜对燃烧过后的炭渣形貌进行分析,推测了燃烧的过程和阻燃的机理。     

聚苯胺和氮化硼协效阻燃棉布的制备及性能研究

使用聚苯胺(PANI)与氮化硼(BN)作为阻燃体系,采用一步法对棉布进行阻燃改性,研究了PANI与BN的配比对Cotton-PANI-covered BN复合材料形貌的变化以及对阻燃性能、热稳定性的影响。由扫描电镜(SEM)和全反射傅里叶红外(ATR-FTIR)测试结果可知,PANI成功生长在棉布纤维表面。另外由于PANI的粘附性,BN能被粘附在棉织物表面,从而形成更为致密的包覆结构。研究发现,PANI和BN的存在,能大大提高棉布的热稳定性和成炭性。当PANI的浓度为2.7 wt%,BN的浓度为5.9 wt%时,改性棉布的残炭量能达到8.9%,比纯棉布(0.6%)增加了约14倍。同样,垂直燃烧实时图像能看出PANI/BN改性的棉布的残炭量更高,炭层也更完整,表明PANI和BN具有优良的阻燃效果。     

含磷腰果酚基羟基型固化剂的合成及其阻燃环氧树脂的研究

随着环保意识的增强,开发高性能生物基环氧树脂以减少对石油基双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)和4,4’-二氨基二苯甲烷(DDM)的依赖越来越受到重视。基于腰果酚、苯酚、甲醛溶液和氯代磷酸二苯酯等原料合成了三种官能团数目可调控的腰果酚基羟基型固化剂(P1C1F-0.6DCP、P2C1F-0.6DCP和P3C1F-0.6DCP)并对其阻燃环氧树脂开展了相应的研究。垂直燃烧和极限氧指数(LOI)结果表明,DGEBA/P1C1F-0.6DCP、DGEBA/P2C1F-0.6DCP和DGEBA/P3C1F-0.6DCP均能通过V-0级别并且LOI值均在29%左右。锥形量热仪测试结果表明,DGEBA/P1C1F-0.6DCP、DGEBA/P2C1F-0.6DCP和DGEBA/P3C1F-0.6DCP的热释放速率峰值(pHRR)分别比DGEBA/DDM降低了68.4%、64.7%和70.7%。通过炭渣的形貌和结构分析,含磷腰果酚基羟基型固化剂的阻燃机理在于能够在燃烧过程中促进形成质量更高的炭渣,发挥更好的隔热、隔氧的效果。     

改性β-CD的制备及其阻燃环氧树脂研究

为了制备单分子阻燃剂,以提高环氧树脂(EP)的阻燃性能,首先使用季戊四醇(PER)与三氯氧磷(POCl3)反应得到磷酸酯二酰氯(SPDPC),然后用不同量的SPDPC改性β-环糊精(β-CD);将制备的改性环糊精(mβ-CD)应用于EP(添加量为EP质量的25%)中,制备EP/mβ-CD复合材料。结果表明:β-CD与SPDPC的摩尔比例为1∶8时制备的mβ-CD与EP基体相容性较好,此mβ-CD使EP材料在N2氛围的炭渣量从15.3%提高到26.7%; EP氧指数从19.5%提高到28.2%;复合材料的垂直燃烧等级达到V-0级别,热释放总量(THR)、热释放速率峰值(PHRR)相较于纯EP分别降低了50.4%、47.9%,烟生成速率峰值(PSPR)和总生烟量(TSP)相较于纯EP分别降低了12.5%、52.8%;添加此mβ-CD的EP/mβ-CD复合材料形成了强度更高的炭层。     

三嗪和磷腈阻燃剂作碳源阻燃聚乳酸复合材料的性能研究

为了探究三嗪和磷腈类碳源对聚乳酸阻燃性能及力学性能的影响,提高阻燃效率,利用苯氧基聚磷腈(SPB100)、三嗪类膨胀阻燃剂(FP2200)作碳源分别与聚磷酸铵(APP)按不同配比复配,采用熔融共混法制备了阻燃聚乳酸复合材料,总添加量保持10％.通过热重分析(TGA)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和锥形量热法分析了2种膨胀阻燃体系对阻燃聚乳酸热稳定性和阻燃性能的影响,采用拉伸试验评价了阻燃聚乳酸的机械性能,并采用扫描电子显微镜和傅立叶变换红外光谱研究了阻燃聚乳酸残炭的化学结构和组成,并分析了阻燃机理.结果表明,当SPB100/APP的质量比为7/3时,LOI达到28.5％且达到UL-94 V-0等级,拉伸强度为49.7 MPa.研究表明,两种碳源均可改善阻燃聚乳酸的热稳定性、抗滴落性能和阻燃性,能满足阻燃要求,其中添加SPB100的阻燃聚乳酸复合材料的力学性能更优.     

基于氧化石墨烯和碳纳米管的二元杂化物的阻燃性能研究

探讨了氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)组成的二元杂化物在聚氨酯泡沫上的阻燃协效作用。利用层层自组装方法,将氧化石墨烯和碳纳米管构成的涂层构筑于软质聚氨酯泡沫的表面,然后通过宏观燃烧测试、锥形量热仪分析等手段对涂层改性的泡沫材料的阻燃性能进行分析。研究结果表明,相较于单一组分(CNT或GO),二元杂化物(CNT/GO)改性的聚氨酯泡沫材料显示出更低的热释放速率峰值和总的热释放量,并且其燃烧后残留的炭渣结构最为完整。因此,由GO与CNT组成的二元杂化物涂层具有更高的阻燃效果。     

PC/硅氧烷复合材料的阻燃抑烟机理研究

聚碳酸酯(PC)作为性能优异的工程塑料被广泛用于高铁、飞机等特殊领域,但其燃烧时热释放及产烟量较大,故对其进行抑烟阻燃改性便尤为重要。通过将商用有机硅阻燃剂与抗滴落剂复配制备PC复合材料,证明在添加3 wt%的有机硅阻燃剂后即可使PC达到V0级,LOI上升至34.5%,热释放速率峰值下降58.86%,烟及CO_2释放速率峰值分别下降34.10%和68.05%。同时,通过扫描电镜等表征进一步对机理进行分析,即阻燃剂中的硅元素受热向表面迁移,形成致密绝热的隔热层,从而达到阻燃抑烟的作用。