| 题名 | 三嗪类超支化成炭剂的制备与应用 |
| 作者 | 柯晨皓 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2010 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 严庆 ; 李娟 |
| 关键词 | 膨胀阻燃 超支化三嗪成炭剂 尼龙6 聚乳酸 |
| 中文摘要 | 随着现代社会对环保要求的不断提高，发展高效、无毒的聚合物阻燃剂已成为大 势所趋。膨胀型阻燃（IFR）体系是一类绿色环保阻燃体系。然而，传统的IFR 体系 存在着添加量大，对材料性能影响大等问题，使其难以广泛应用。开发新型大分子成 炭剂是提高IFR 效率的有效途径之一，其中，三嗪类成炭剂具有热稳定性好，成炭效 率高等优点，是当前新型成炭剂研究与应用的热点。本文设计合成了两种超支化三嗪 类成炭剂（PO，PS），并对其性能应用进行了研究。 以三聚氯氰，4，4-二氨基二苯醚（ODA）或4，4-二氨基二苯硫醚（SDA）为原 料，通过A2+B3的方法合成得到PO和PS。利用核磁共振（NMR）、红外光谱（FTIR）、 热失重分析仪（TGA）等对产物结构及热稳定性进行了表征。TGA结果表明，PO、 PS都具有良好的热稳定性和成炭性能。在空气中，PO和PS的5 wt%质量损失温度分 别为250 ºC及330 ºC。而在氮气中，两者在700 ºC的成炭率都高于60 wt%，体现出 良好的成炭能力，可以作为膨胀阻燃体系中优质的成炭剂。 将PO、PS 分别与聚磷酸铵（APP）复配，构成新型IFR 体系，用于尼龙6（PA6） 的阻燃。研究了PO、PS 与APP 的比例、添加量等对PA6 阻燃性能的影响。结果证 明，APP/PO 体系的阻燃效率较高。当APP/PO 为2/1 时，只需要添加25 wt%IFR-PA6 就可以通过V-0 级别，氧指数也达到31。锥形量热实验中， PA6/APP/PO 体系燃烧 时可以形成致密的膨胀炭层，起到良好的隔热隔氧作用，阻止材料进一步的降解。因 此，燃烧时其热释放量，热释放速率和质量损失速率相比较纯树脂及PA6/APP 体系 都有大幅下降。 利用TGA 对阻燃PA6 的阻燃机理进行了初步探讨。研究表明，在PA6/APP/PO 体系中，APP 降解所产生的多聚磷酸会与PA6 及PO 都发生交联反应。APP 与PO 间 的交联反应使得更多的多聚磷酸参与成炭，提高了阻燃树脂高温时的成炭率，因此体 现出更好的阻燃性能。此外，对PA6/APP/PO 体系燃烧后炭层的红外（FTIR）及X 光电子能谱（XPS）表征也证明了这一反应的存在。同时，扫描电镜（SEM）的结果 表明PA6/APP/PO 燃烧后可以形成内部成蜂窝泡孔状，外表面致密，连续，光滑的炭 层。炭层有效的阻隔了燃烧中的热量和可燃性气体的流通，提升了阻燃效果。 i 摘要 将APP/PO、APP/PS 膨胀阻燃体系用于聚乳酸（PLA）的阻燃研究，主要研究了 PO、PS 与APP 的配比、添加量对PLA 阻燃性能的影响。结果发现，在PLA 中APP/PS 体系的阻燃效率较高。当APP/PS 为3/2 时，只需要添加15 wt% IFR 就可以消除PLA 树脂的熔滴现象，达到V-0 级别，具有较高的阻燃效率。锥形量热实验结果表明，PS 的加入可以加快成炭速率，在很短的时间内就可以形成膨胀炭层，防止燃烧的进一步 进行，使得热释放速率和质量损失速率下降。燃烧后，PLA/APP/PS 体系可以形成更 为致密的炭层，起到了很好的包覆效果，具有一定的抗熔滴性能。 对阻燃PLA 树脂的热分解行为研究表明，阻燃体系内的APP 与PS 也会在较低 温度下发生反应，形成交联结构。此种结构在高温时具有很好的热稳定性和成炭率， 增强了阻燃体系的热性能和成炭性能，并且进一步提高了阻燃PLA 树脂的成炭率。 700 ºC 时，PLA/APP/PS 体系的成炭率达到20 wt%，比PLA/APP 体系的10 wt%和理 论计算值16 wt%都高。对PLA/APP/PS 体系燃烧后炭层的FTIR 和XPS 分析也表明， 炭层中存在P-O-C 的结构，证明了APP 与PS 间的交联反应。燃烧后的炭层中磷元素 含量大幅增加，大量的磷元素以P-O-C 的形式富集于材料表面，形成致密且黏度较 高的炭层，对材料起到了很好的包裹作用，有效防止了熔滴。SEM 的表征也说明， PLA/APP/PS 体系在燃烧后可以形成致密、光滑、连续的炭层结构，可以更好地保护 基体，因此获得了比较好的阻燃效果。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-07-21 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/515]  |
| 专题 | 宁波材料技术与工程研究所_硕/博士论文成果 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 柯晨皓. 三嗪类超支化成炭剂的制备与应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2010. |
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