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.     

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。     

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.     

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(Ⅱ)--蒙脱土改性比率对阻燃协效性的影响

运用“一步熔融共混法”制备了同时包含十溴二苯乙烷(SAYTEX8010)—氧化锑(Sb2O3)和蒙脱土(MMT)—十六烷基三甲基溴化铵(C16BrN)(不同重量比率)阻燃体系的系列高抗冲聚苯乙烯(HIPS)复合材料,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,探讨了两种阻燃体系间的协效性及蒙脱土改性比率对协效度的影响。结果表明,在十溴二苯乙烷存在时,可以制备层离型阻燃HIPS／MMT纳米复合材料,其中两种阻燃体系具有优异的阻燃协效性,其协效度取决于复合材料中各组分的复合比率,特别是MMT及C16BrN的改性比率。研究发现,其它组分含量一定时(十溴二苯乙烷和氧化锑重量比率保持lO：4),MMT和C16BrN改性比率为4：2时复合材料具有相对最佳阻燃性,十溴二苯乙烷体系和改性蒙脱土体系具有相对最优阻燃协效度。     

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。     

成炭型有机大分子/层状无机物复合成炭剂的制备及应用研究

层状无机物在聚合物基体中易团聚,限制了其在聚合物材料中的规模化应用。本工作通过将有机改性蒙脱土(OMMT)与一种具有超支化结构的磷氮大分子化合物HTPPP(以三嗪结构为基础,通过焦磷酸结构连接)在醇水体系中混合溶胀,再经过高温脱水,制备成HTPPP插层、剥离的OMMT成炭型有机大分子/层状无机物复合成炭剂(HTPPP-OMMT)。XRD测试表明层状结构的OMMT能够在HTPPP中被完全剥离。OMMT的复合降低了HTPPP的水溶性,并提高了其热稳定性。将有机/无机复合成炭剂HTPPP-OMMT作为单组分无卤膨胀阻燃剂应用于聚丙烯(PP),阻燃测试表明HTPPP-OMMT复合成炭剂的阻燃效率高于HTPPP。这是由于其在材料燃烧过程中能够催化形成更加致密的膨胀多孔炭层,而炭层在高温下的热氧稳定性更好。此外,有机/无机复合改善了HTPPP-OMMT在PP的相容性,能提高材料的力学和耐析出性能。     

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.     

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。     

MPP协同MF@ADP阻燃低密度聚乙烯性能研究*

为提高低密度聚乙烯（LDPE）阻燃性能和阻燃LDPE复合材料的力学性能与抑烟性能,采用原位聚合法制备三聚氰胺-甲醛（MF）树脂包覆二乙基次磷酸铝（ADP）的MF@ADP微胶囊,再引入三聚氰胺聚磷酸（MPP）与MF@ADP进行协效复配,熔融共混制备阻燃LDPE复合材料。通过氧指数、热重分析、力学测试和烟密度测试等研究复合材料的阻燃、力学和抑烟性能。研究结果表明:MF@ADP微胶囊能改善阻燃剂与复合材料之间的相容性,与MPP复配构成的磷-氮膨胀阻燃体系能有效提高LDPE的抑烟性能;当MF@ADP∶MPP的质量比为2∶1时,材料的LOI达到了30.6%,垂直燃烧测试达到UL-94 V0级,拉伸强度为11.8 MPa,且形成的P/N/O高聚物炭层稳定性更高,可减少LDPE燃烧释放的烟雾量。     

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。     

二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯的性能影响研究

利用锥形量热仪(CONE)、裂解气相色谱仪(PyGC)、示差扫描量热仪(DSC)等先进的分析测试手段,研究了二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯阻燃性能的影响、各阻燃剂之间的协同性以及阻燃机理。实验结果显示,阻燃剂的加入可延缓PE的降解过程,降低材料的热释放速率,降低基材在升温过程中的放热量,使基材具有良好的阻燃性;SiO2的适量加入可改善膨胀碳层的耐热性,当SiO2的添加量为6％时,协同阻燃效果最佳。     

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。     

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。     

采用锥形量热仪(CONE)研究和评价新型可膨胀石墨防火涂料

利用锥形量热仪(CONE)实验获得的热失重速率(MLR)、热释放速率(HRR)、有效燃烧热(EHC)、比消光面积(SEA)、CO2、CO和点燃时间(TTI)等参数对可膨胀石墨防火涂料与传统的膨胀型防火涂料的阻燃性能、烟毒释放、阻燃机理进行了对比研究。结果表明,与传统的膨胀型防火涂料相比,可膨胀石墨防火涂料由于在热降解过程中成炭量较高,炭层具有更好的热稳定性,因而其阻燃和隔热性能更为优良,具有更长的耐燃时间,且烟毒释放少,安全性能更高。     

含DOPO磷酸酯阻燃改性环氧丙烯酸树脂的制备及热性能研究

将工业上广泛应用的光固化树脂EA作为基体,通过分子设计,利用甲苯二异氰酸酯TDI的双异氰酸酯结构将合成的磷酸酯阻燃剂ODOPM链接到其分子主链上,制备出一组改性的光固化丙烯酸酯预聚物。利用FT-IR,1 H-NMR,31P-NMR对分子结构进行表征;极限氧指数（LOI）和微型量热仪（MCC）的结果表明材料的阻燃性能明显提高,改性后树脂的热释放速率峰值PHRR相对于EA降低了近66%,总热释放量也明显降低;扫描电镜结果显示改性后的树脂固化膜形成的炭层变得更平滑和致密,并且完整无破裂现象;同时对固化膜的热稳定性和热降解过程进行了探讨。分析论证了ODOPM改性修饰后的EA有更高的阻燃性,成炭能力明显增强,形成的致密炭层有效地阻止了热交换,使材料在高温下更稳定。     

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。