【摘要】：焦磷酸哌嗪基膨脹性阻燃劑(IFR)是一類新型的IFR,與聚磷酸銨(APP)基IFR相比,它具有更好的阻燃作用、耐熱穩(wěn)定性和耐水析出性能,且應(yīng)用范圍更廣,是極具發(fā)展?jié)摿Φ臒o鹵阻燃劑。但目前關(guān)于焦磷酸哌嗪基IFR的配方還很少,作用機(jī)理研究還未見報道,應(yīng)用不廣泛。因此,開展以上研究具有重要的意義。通過極限氧指數(shù)(LOI)測定、垂直燃燒試驗(yàn)和錐形量熱分析研究了焦磷酸哌嗪分別與兩種氮系阻燃劑(分別簡稱為氮系阻燃劑-1和氮系阻燃劑-2)復(fù)配而成的IFR對PP和PE的阻燃作用,并考察了六種協(xié)效劑(分別簡稱協(xié)效劑-1、協(xié)效劑-2、協(xié)效劑-3、協(xié)效劑-4、協(xié)效劑-5、協(xié)效劑-6)對以上IFR的協(xié)同阻燃作用。結(jié)果表明:由焦磷酸哌嗪與氮系阻燃劑-1復(fù)配的IFR對PP和PE有良好的阻燃作用。當(dāng)m(氮系阻燃劑-1):m(焦磷酸哌嗪)=1:2.5(此質(zhì)量比復(fù)配的阻燃劑簡稱IFR-1),阻燃劑的添加量為26%,PP的LOI為35.2%,垂直燃燒等級達(dá)到UL94 V-0級,與純PP相比,PP/IFR-1的熱釋放速率峰值(PHRR)、總釋放熱量(THR)、最高有效燃燒熱(PEHC)、平均有效燃燒熱(MEHC)、質(zhì)量損失速率峰值(PMLR)和平均質(zhì)量損失速率(MMLR)分別降低了91.34%、31.42%、8.75%、16.60%、52.60%和33.33%;當(dāng)m(氮系阻燃劑-1):m(焦磷酸哌嗪)=22:78(此質(zhì)量比復(fù)配的阻燃劑簡稱IFR-3),阻燃劑的添加量為30%,PE的LOI可以達(dá)到34.7%,垂直燃燒等級達(dá)到UL94 V-0級。與純PE相比,PE/IFR-3的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了68.72%、27.51%、1.20%、44.56%、58.54%和74.39%。由焦磷酸哌嗪與氮系阻燃劑-2復(fù)配的IFR對PP和PE也具有良好的阻燃作用。當(dāng)m(氮系阻燃劑-2):m(焦磷酸哌嗪)=1:2.0(此質(zhì)量比復(fù)配的阻燃劑簡稱IFR-2),阻燃劑的添加量為26%,PP的LOI達(dá)到35.5%,垂直燃燒等級達(dá)到UL94 V-0級。與純PP相比,PP/IFR-2的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了85.45%、17.33%、10.0%、20.32%、67.05%和19.05%。當(dāng)m(氮系阻燃劑-2):m(焦磷酸哌嗪)=22:78(此質(zhì)量比復(fù)配的阻燃劑簡稱IFR-4),阻燃劑的添加量為30%,PE的LOI可達(dá)到35.3%,垂直燃燒等級可達(dá)到UL94 V-0級。與純PE相比,PE/IFR-4的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了69.41%、30.23%、6.02%、26.77%、61.79%和74.39%。協(xié)效劑-3、協(xié)效劑-5和協(xié)效劑-6對IFR-1阻燃PP有一定協(xié)效作用,協(xié)效劑-1、協(xié)效劑-2和協(xié)效劑-4對IFR-1阻燃PP無明顯的協(xié)效作用,協(xié)效劑-1、協(xié)效劑-3和協(xié)效劑-6對IFR-2阻燃PP有一定的協(xié)效作用,協(xié)效劑-2和協(xié)效劑-5對IFR-2阻燃PP無明顯協(xié)效作用。與PP/IFR-2相比,PP/IFR-2/協(xié)-3的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了21.28%、10.95%、2.78%、4.05%、5.26%和23.53%。PP/IFR-2/協(xié)-6的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了3.09%、6.31%、4.17%、18.79%、42.11%和52.94%。PP/IFR-2/協(xié)-1的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了9.75%、4.54%、5.56%、9.38%、42.11%和17.65%。協(xié)效劑-3和協(xié)效劑-5對IFR-3阻燃PE有一定協(xié)效作用,協(xié)效劑-1和協(xié)效劑-6對IFR-3阻燃PE無協(xié)效作用,協(xié)效劑-6對IFR-4阻燃PE有一定的協(xié)效作用,協(xié)效劑-1、協(xié)效劑-3、協(xié)效劑-5對IFR-4阻燃PE無明顯的協(xié)效作用,與PE/IFR-4相比,PE/IFR-4/協(xié)-3的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了78.42%、14.56%、5.13%、6.73%、80.85%和19.05%。PE/IFR-4/協(xié)-6的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了45.72%、15.81%、6.41%、22.76%、31.91%和23.81%。PE/IFR-4/協(xié)-1的PHRR、THR、PEHC、MEHC、PMLR和MMLR分別降低了25.25%、11.65%、10.26%、27.40%、25.53%和28.57%。通過熱重分析研究了焦磷酸哌嗪基IFR對PP和PE熱穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,添加焦磷酸哌嗪基IFR明顯提高了PP和PE的熱穩(wěn)定性,且IFR-2對PP熱穩(wěn)定性的影響比IFR-1大,IFR-4對PE熱穩(wěn)定性的影響比IFR-3大,協(xié)效劑的加入使PP和PE的熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。通過錐形量熱試驗(yàn)殘余物分析,并結(jié)合熱重分析結(jié)果,探討了焦磷酸哌嗪基IFR對PP的阻燃作用機(jī)理。結(jié)果表明,焦磷酸哌嗪基IFR主要是通過凝聚相阻燃。焦磷酸哌嗪受熱分解出的聚偏磷酸等磷酸類物質(zhì)促使成炭劑脫水成炭,并在焦磷酸哌嗪釋放出的N_2等惰性氣體作用下膨脹發(fā)泡,形成致密的不可燃的膨脹炭層。該膨脹炭層通過隔熱、隔氧及阻止聚合物裂解產(chǎn)物揮發(fā)而產(chǎn)生阻燃作用。
【圖文】：

(4) 純 PP 2-7 阻燃 PP 的錐形量熱實(shí)驗(yàn)殘余物照otos of the residues obtained in the cone ca表 2-23 殘余物的 P 元素分析結(jié)果b 2-23 Element analysis data of PP/IFR res燃燒殘余率% 1.5 8.6 12.0 -3 16.5 23 可以看出，，PP 幾乎完全燒盡，協(xié)-3未完全燒盡，留下黑色的殘余物成了膨脹炭層。

樣品 燃燒殘余率% P/%PP 1.5 0PP/IFR-1 8.6 18.8%PP/IFR-2 12.0 19.8%PP/IFR-2/協(xié)-3 16.5 19.4%圖 2-7 和表 2-23 可以看出，PP 幾乎完全燒盡，無殘余物，PP-2和PP/IFR-2/協(xié)-3未完全燒盡，留下黑色的殘余物，殘余率分別 16.5 %，并形成了膨脹炭層。PP/IFR-2(a) PP/IFR-2 (b)
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ314.248;TQ325.1

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本文編號：2627139