纳米无机物-磷杂化星型聚合物/聚丙烯复合材料的制备和阻燃性能

摘要

本论文论述了聚丙烯燃烧机理、阻燃措施，综述了元素阻燃机理、协同阻燃聚丙烯及生物基阻燃剂的研究进展。研究双联六臂星型聚合物（DLSASP）的合成和纳米无机物-磷杂化星型聚合物/聚丙烯的制备，探索磷元素及复配体系对聚丙烯复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧性能的影响，揭示阻燃体系对其影响的本质。 采用二氯磷酸苯酯（PDCP）、乙二醇（EG）、氯磷酸二苯酯（DPCP）、六氯环三磷腈（HCCP）为原料，经逐步聚合、封端、亲核取代制得双联六臂星形聚合物（DLSASP），利用红外和凝胶渗透色谱检测证明了DLSASP的结构。分别以DLSASP、DLSASP-氢氧化铝（ATH）、DLSASP-纳米硼酸锌（ZnB）为阻燃组分，通过熔融共混法制备双联六臂星型聚合物/聚丙烯复合材料（DLSASP/PP）、双联六臂星型聚合物-氢氧化铝/聚丙烯复合材料（ATH-DLSASP/PP)、双联六臂星型聚合物-硼酸锌/聚丙烯复合材料（ZnB-DLSASP/PP）。利用氧指数测定仪、热重分析仪、微型量热仪、烟密度测试仪分别研究其阻燃性能、热稳定性能、燃烧性能、烟释放能力，SEM、XPS 研究其阻燃机理；通过Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法计算复合材料的热降解活化能。 研究结果表明：随着DLSASP含量的提高，DLSASP/PP复合材料的初始分解温度、最大分解速率温度、最大失重速率、热释放速率峰值和总热释放量降低，极限氧指数和残重率升高，说明 DLSASP 提高了复合材料的热稳定性能和阻燃性能，降低了燃烧性能。当添加30 wt%DLSASP时，LOI值提高了56.9%，残重率达到16.46%，P元素以多聚偏磷酸存在，促进基体材料成炭，提高了材料的阻燃性能。ATH-DLSASP/PP 复合材料和ZnB-DLSASP/PP 复合材料的热稳定性能和极限氧指数值高于 DLSASP/PP 复合材料，并随着ATH和ZnB用量的增加而增大，当复配体系阻燃剂的质量比为1:1时，LOI值分别为28.5%、28.9%，两者的残炭中分别含有磷酸铝（AlPO4）和配合物ZnO-P2O5，证明复配体系存在协效作用。复配阻燃体系燃烧后生成的炭层致密结实，且成炭发生在氧化物表面，活化能计算结果验证了复配体系的热稳定性更佳。 综合分析表明：采用二氯磷酸苯酯（PDCP）、乙二醇（EG）、氯磷酸二苯酯（DPCP）、六氯环三磷腈（HCCP）制得的双联六臂星形聚合物（DLSASP）对聚丙烯具有阻燃作用，纳米无机物与 DLSASP 的复配体系具有协同阻燃效应。本研究制备的三种聚丙烯复合材料，阻燃性能的顺序为：ZnB-DLSASP/PP?ATH-DLSASP/PP?DLSASP/PP。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 前言

1.2 元素杂化阻燃聚丙烯的研究进展

1.3 课题内容及创新点

第二章 磷元素杂化双联六臂星形聚合物的制备

2.1 引言

2.2 实验药品及仪器

2.3 实验过程

2.4 测试分析

2.5 结果与讨论

2.6 本章小结

第三章 DLSASP/PP复合材料的制备及阻燃性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 ATH-DLSASP/PP复合材料的制备及阻燃性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 ZnB-DLSASP/PP复合材料的制备及阻燃性能

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A 硕士攻读期间研究成果