膨胀型阻燃剂的研制及其在聚氨酯涂料中的应用

摘要

PU涂料的耐燃性差,严重地阻碍了其优良性能的发挥.该文在合成膨胀型阻燃剂的基础上,将其添加到PU涂料中,制备了防火PU涂料,研究了防火涂料的性能和阻燃机理,并通过阻燃模型的建立分析了防火涂料的热传导行为.以三聚氯氰为原料,设计并成功合成了一种新型三嗪类高分子化合物——成炭剂(Carbonific).采用红外光谱(FTIR),<'13>C核磁共振(MAS-NMR <'13>C)及元素分析(ELA)等表征了该成炭剂的化学组成和结构.以自行合成的新型成炭剂为基础,合成了一种新型单体型膨胀型阻燃剂(IFR).根据FTIR、MAS-NMR <'13>C以及ELA的分析结果对其化学结构进行了表征.将成炭剂与聚磷酸铵(APP)配制构成复配型阻燃剂,以及单体型阻燃剂分别添加到PU清漆中,制备出两个系列防火PU涂料(APP/Carbonific/PU和IFR/PU).采用正交试验研究了APP/Carbonific/PU体系的防火性能和体系各组分含量的关系,得到最佳复配比例.采用热失重(TGA)、锥型量热仪法(Cone Calorimeter)对涂层的热稳定性及燃烧过程进行了全面的分析.根据TGA的分析结果,将涂膜的燃烧过程分为五个阶段,对每一阶段的燃烧物采用ELA、扫描电镜(SEM)、FTIR、MAS-NMR <'13>C等方法加以表征和分析,深入地研究了复配型防火涂料的阻燃机理.对防火涂料的热传导过程还建立了相关数学模型用以预测膨胀炭层的热行为.该论文从膨胀型防火涂料体系的质量和能量守恒原理出发,结合实验中观察到的现象,并作了一系列必要的假设,建立了三维热传导模型,并用此模型去解释与预测PU防火涂料的热传导行为.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2聚氨酯涂料的特点及应用

1.3膨胀型防火涂料的基本组成及膨胀型阻燃剂的研究进展

1.3.1膨胀型防火涂料的基本组成

1.3.2膨胀型阻燃体系的研究进展和发展趋势

1.4膨胀型防火涂料的阻燃机理

1.4.1膨胀阻燃阶段的反应种类

1.4.2膨胀阻燃阶段的阻燃机理

1.4.3膨胀阻燃阶段的阻燃效应

1.5膨胀型防火涂料的研究现状

1.5.1国内膨胀型防火涂料的研究现状

1.5.2国外膨胀型防火涂料的研究现状

1.6本论文的工作和目的

参考文献

第二章新型成炭剂的合成及性能与结构表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验材料

2.2.2实验方法

2.2.3结构表征

2.2.4性能分析

2.3结果与讨论

2.3.1结构表征

2.3.2性能分析

2.4结论

参考文献

第三章单体型膨胀型阻燃剂的合成及结构表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验材料

3.2.2实验方法

3.2.3结构表征

3.2.4性能分析

3.3结果与讨论

3.3.1合成反应原理

3.3.2合成工艺条件探讨

3.3.3单体型膨胀型阻燃剂的结构表征

3.3.4单体型膨胀型阻燃剂的性能分析

3.4结论

参考文献

第四章膨胀型防火涂料的性能

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验材料

4.2.2防火涂料溶液的制备

4.2.3防火涂料配方的确定

4.2.4防火涂料的性能测试

4.3结果及讨论

4.3.1防火涂料主要组分比例的确定

4.3.2小室法评价防火涂料的防火性能

4.3.3防火涂料的流变性能

4.3.4防火涂料的其它理化性能

4.4结论

参考文献

第五章膨胀型防火涂料阻燃机理的研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1实验材料

5.2.2防火涂料溶液的制备及用途

5.2.3试验方法及条件

5.3结论与讨论

5.3.1复配型防火涂料阻燃机理的研究

5.3.2单体型防火涂料阻燃机理的研究

5.4结论

参考文献

第六章防火涂料热传导数学模型的建立与分析

6.1前言

6.2防火涂料热传导模型的概述

6.2.1 Anderson和Wauters的模型

6.2.2 Henderson和Wiecek的模型

6.2.3 Buckmaster、Anderson和Nechman的模型

6.2.4 Shih Y.C.、Cheung F.B.和Koo J.H.的模型

6.3三维模型的建立

6.3.1方程的建立

6.3.2方程的求解

6.4实验部分

6.4.1实验材料

6.4.2防火涂料溶液的制备及测试前的准备

6.4.3材料的性质

6.5结果与讨论

6.6结论

本模型中参数的设定

参考文献

博士期间发表论文一览表

致谢