新型三嗪炭源的制备及PP/IFRs体系阻燃与热稳定性的研究

摘要

聚丙烯（PP）是目前使用量最大的三种通用塑料之一。但是聚丙烯主链为简单C-H结构，且基体中无阻燃元素存在，阻燃效果较差，氧指数仅18％左右，且燃烧时伴随大量可燃熔滴和有毒烟雾产生，增加了火灾时的危害性。PP容易燃烧的缺点极大地限制了它的推广和应用，因此，聚丙烯阻燃性能的研究，特别是开发无卤高效环保的膨胀型阻燃剂已成为聚丙烯阻燃研究领域的热点。
　　本论文中合成了一种含有苯环和三嗪环的新型膨胀阻燃炭源（CA），通过傅立叶红外光谱（FT-IR）、核磁共振光谱（1H-NMR）、质谱分析（MS）、元素分析（ELA）、熔点测试、溶解性测试确定了目标产物的结构与性质；通过TGA研究了CA的热稳定性，结果表明CA具有良好的热稳定性与成炭效率，起始分解温度为271℃，700℃时的残炭量为26.59%，热稳定性远高于传统炭源季戊四醇（PER）。
　　将CA与聚磷酸铵（APP）复配成新型膨胀阻燃体系（IFRs），通过热重分析法（TGA）研究了不同配比APP/CA体系的成炭效果。将PP与IFRs制成膨胀阻燃复合材料，通过极限氧指数法（LOI）、垂直燃烧法（UL-94）、锥形量热仪（CONE）、TGA、热重-质谱联用（TG-MS）研究了不同添加量IFRs对复合材料燃烧性能与热稳定性能的影响。结果表明IFRs添加量仅为20wt%时，复合材料LOI值为31.5并通过UL-94 V-0级。通过FT-IR，激光拉曼光谱和扫描电子显微镜（SEM）对燃烧后的残炭进行研究，结果表明炭层中的陶瓷/石墨结构以及 P-O-C，P-N-Ph键的交联作用能有效地提高炭层的高温稳定性。
　　根据PP/IFRs的研究结果，选取三种协效剂（凹凸棒土、二氧化钛和羟基锡酸锌），研究了不同协效剂对PP/IFRs体系的协同阻燃作用。LOI、UL-94、TGA和SEM测试结果表明，凹凸棒土对新型膨胀阻燃体系有明显的催化协效作用，在1wt%添加量时能显著提高材料的阻燃特性；二氧化钛和羟基锡酸锌与新型膨胀阻燃体系没有明显的协同作用。

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注释表

第一章 绪论

1.1聚丙烯阻燃研究的意义

1.2聚合物材料的燃烧机理

1.3无卤阻燃的研究现状

1.4膨胀型阻燃剂的发展趋势

第二章 三嗪炭源的合成及表征

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 三嗪炭源合成条件研究

3.1引言

3.2中间体的合成条件研究

3.3新型碳源的合成条件研究

3.4本章小结

第四章 三嗪炭源对PP复合材料阻燃性能的影响

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 协效剂对PP阻燃复合材料性能的影响

5.1前言

5.2凹凸棒土对PP阻燃复合材料的影响

5.3 N-TiO2对三嗪阻燃复合材料性能的影响

5.4羟基锡酸锌对三嗪阻燃复合材料性能的影响

5.5本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

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