改性膨胀阻燃体系对聚丙烯的阻燃性能及耐水性能影响

摘要

聚丙烯(PP)是当今社会应用最普遍的通用塑料之一,由于聚丙烯性能优异,其在许多领域得到广泛应用,例如家庭用品、建筑材料、汽车制造、电子、电器等行业。但聚丙烯是一种极易燃烧的聚合物,其氧指数仅为17～18％,这极大地限制了PP的应用。因此,开展聚丙烯阻燃性能的研究,受到了许多研究人员的关注,膨胀型无卤阻燃技术是聚丙烯阻燃领域新兴的研究热点。
　　 本论文对聚磷酸铵进行表面改性,研究了表面改性APP的制备的最佳条件,结果发现添加APP量的O.5％的有机改性剂,改性5rain,在150℃下干燥2h,所得到的表面改性聚磷酸铵(SMAPP)耐水效果最好,溶解度为0.2224g/100mL,包覆活化程度达到94.46％。
　　 利用本实验室自行设计合成的三嗪系成炭发泡剂(CFA)、聚磷酸按(APP)或表面改性聚磷酸铵(SMAPP)及协效剂(4A分子筛、TiO2、M-SiO2)复配出膨胀阻燃剂,用于PP体系的阻燃。研究了APP和SMAPP对IFR-PP材料性能影响,结果发现SMAPP对IFR-PP材料综合性能更为有利,当阻燃剂添加量为22％时,其中以M-SiO2为协效剂、加入SMAPP的IFR-PP材料性能更好,IFR能更好的分散在PP中,氧指数达到36.8％,通过UL94V-0级,耐水性实验后,失重率为2.92％,氧指数仍达32.5％,通过UL-94V-1级。
　　 研究了含硅协效剂对IFR-PP材料性能的影响,结果发现,加入两种不同的硅协效剂都能提高IFR-PP材料阻燃性能和力学性能、材料的表面张力减小、耐水性增强。加入硅树脂能够更有效的提高材料的综合性能。其中,当阻燃剂添加量为20％,其中当添加5.5％硅树脂协效剂在IFR中时,氧指数达到36.3％,1.6mm样条能够通过UL94V-0级,经过耐水性实验,失重率仅为1.89％,阻燃性能仍然能达到UL94V-0级,氧指数达到34.9％。
　　 采用热重分析仪(TGA)和锥形量热仪(CONE)对未加协效剂的IFR-PP材料,加入5.5％的M-SiO2的IFR-PP材料,加入5.5％的硅树脂的IFR.PP材料,进行热降解和燃烧行为的测试,结果表明硅树脂协效剂的加入不但能够更有效地催化促进体系分解,提高IFR-PP体系最终的成炭量,从而提高IFR-PP材料在高温下的热稳定性,而且使得PP体系的热释放速率(HRR)、热释放总量(THR)、质量损失速率(MLR)、CO生成速率(COP)以及烟产生速率(SPR)大幅度降低,提高了IFR-PP材料的的阻燃性能。
　　 利用扫描电镜,观察阻燃剂在PP中的分散、炭层的形貌,发现未加协效剂的IFR-PP材料的炭层有很多空洞,炭层不是很致密,两种不同的硅协效剂加入有利于进一步提高炭层强度,防止炭层破裂,从而达到更高的阻燃性能,其中加入硅树脂的IFR-PP材料的炭层最致密。而两种不同的硅协效剂的加入,使得阻燃剂在PP中分散更好,其中加入5.5％硅树脂的IFR-PP材料,IFR与PP的相容性是最好的。