聚磷酸铵的疏水改性及其阻燃性能应用研究

摘要

随着高分子聚合物材料的广泛应用，阻燃剂的使用量在日益增加。聚磷酸铵（APP）是一种磷和氮元素含量较高的物质，可作为膨胀型阻燃剂的基础材料，具有热稳定性好、水溶性低、阻燃效能持久、燃烧时的生烟量低、不产生有毒气体等优点。但是 APP的吸湿性和强的极性限制了它的应用。
　　采用甲基含氢硅油，气相疏水白炭黑对 APP进行疏水改性，制备出疏水的聚磷酸铵（GAPP），改性的方法简单，分布均匀。在其具有阻燃的基础上将GAPP与淀粉、三聚氰胺复配为膨胀型阻燃剂。将膨胀型阻燃剂添加到聚丙烯（PP）中，制备成阻燃的聚合物材料。运用扫描电镜、静态接触角、极限氧指数、万能材料试验机、冲击试验机对GAPP和阻燃复合材料进行表征和分析，并且对其热分解动力学进行研究。
　　结果表明：探索甲基含氢硅油，气相疏水白炭黑因素对 APP改性影响的研究，得出其各影响因素的最佳添加量为：活性白土添加量为2％，甲基含氢硅油添加量为2.5%，气相疏水白炭黑添加量为1.5%时，制备出疏水保持率为90%以上的GAPP，经扫描电镜（SEM）分析和红外光谱分析（FTIR）表明：APP的表面被甲基含氢硅油和气相疏水白炭黑所包覆。通过静态接触角对 GAPP进行润湿性能的测试，发现其接触角达到140.69°，比APP增大了约120°，说明GAPP较未改性的APP具有良好的疏水性能。
　　通过极限氧指数测试和机械性能分析结果表明：膨胀型阻燃剂的最佳配比为APP/GAPP85.71g，淀粉3.06g，三聚氰胺9.18g，高岭土3.76g抗氧化剂3.04g。阻燃PP材料的氧指数为29%，达到阻燃级别。纯 PP材料的机械性能最好。分别添加 APP和GAPP，GAPP的抗拉强度、扯断伸长率、冲击强度都略好于未改性的。分别由APP和GAPP复配成阻燃材料，与纯 PP相比，两者抗拉强度、扯断伸长率、冲击强度较都会大幅度下降，但两者力学性能相差不大。
　　利用Kissinger法和Ozawa法来计算PP、PP/APP、PP/GAPP以及PP/淀粉/三聚氰胺材料的热解动力学参数。对材料的热分解行为进行模拟，两种方法计算材料活化能基本一致。添加无卤膨胀型阻燃剂后，活化能明显提高。在分解阶段，GAPP与淀粉、三聚氰胺有良好的复配效果，能有效的形成海绵状的炭层，更好的阻止聚合物进一步降解释放可燃性气体，使得反应延缓，损失速率变慢，说明无卤膨胀型阻燃剂对PP的热分解起到一定的抑制作用。

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1 绪论

1.1 聚丙烯

1.2 阻燃剂的分类

1.3 聚磷酸铵(APP)的阻燃研究

1.4本文研究意义及内容

2 聚磷酸铵的疏水改性研究

2.1 实验原料和仪器

2.2 实验步骤

2.3 性能测试

2.4 结果与讨论

2.5 小结

3聚磷酸铵的阻燃性能研究

3.1 实验原料和仪器

3.2 实验步骤

3.3 性能测试

3.4 结果与讨论

3.5 小结

4聚丙烯阻燃材料的热分解动力学研究

4.1 主要原料及设备

4.2 性能测试

4.3 结果与讨论

4.4 小结

5 结论

致谢

参考文献

附录