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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