聚乙烯用新型膨胀型阻燃剂的合成与应用及阻燃机理研究

摘要

聚乙烯(PE)作为产量最大的通用塑料之一。目前膨胀型阻燃剂越来越受到人们的青睐。膨胀型阻燃剂主要通过受热分解在表面生成多孔的膨胀炭层，起到隔绝热、氧及可燃性气体产物。本论文采用多壁碳纳米管(MWNT)作为协效剂与IFR复配使用。　　针对聚乙烯易燃烧的缺点，本文从当前研究较活跃的膨胀型阻燃化设计技术入手，设计并合成了一系列阻燃剂与聚磷酸铵(APP)和碳纳米管(MWNT)配合使用，表现出了较好的阻燃性和协效性。　　本文的主要研究内容如下：　　1.以三氯氧磷和季戊四醇为原料，合成了单体3,9-二氯2,4,8,10-四氯代-3,9-二磷螺环-3,9-二氧[5.5]-十一烷(简称双螺环，SPDPC)。采用熔融缩聚的方法，以SPDPC和双酚S为原料，合成了齐聚物SPS。对SPDPC和SPS的合成条件进行了研究，并对反应机理进行了讨论，对合成的产物进行了结构表征。采用TGA对SPS的热稳定性进行分析。　　2.以三聚氯氰为起始原料，与SPDPC反应合成了阻燃剂齐聚物PTS；与二乙烯三胺反应合成了阻燃剂齐聚物PTEN。对合成反应的机理进行了简要分析；通过对单体及齐聚物合成条件的研究，分别得到了最佳的反应条件。　　3.对各种不同阻燃剂、APP、MWNT与LDPE进行了一系列不同含量、不同配比的复配，经LOI和UL-94测试，最终得到了阻燃性能最好的两个配方。　　4.采用TGA对阻燃效果最好的两个体系LDPE/IFR和LDPF/IFR/MWNT的热性能进行了研究。　　5.采用SEM、XRD、FTIR、XPS等分析测试方法，并结合其它已获得的结果，对膨胀型阻燃LDPE的阻燃机理进行了研究。　　6.通过SEM、XRD研究了膨胀型阻燃LDPE共混体系的相容性，并对各种共混体系的进行了拉伸力学性能测试。详细地研究了膨胀型阻燃LDPE共混体系的流变性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2聚合物的燃烧过程

1.3聚合物的阻燃与阻燃机理

1.3.1阻燃剂的分类

1.3.2阻燃作用机理

1.4阻燃剂的发展趋势

1.4.1无卤化趋势

1.4.2抑烟化趋势

1.5膨胀型阻燃剂

1.6聚合物成炭阻燃的研究进展

1.6.1协同阻燃

1.6.2硅氧烷阻燃聚合物

1.6.3纳米阻燃技术

1.6.4碳纳米管

1.7聚乙烯阻燃的研究进展

1.7.1卤系阻燃剂

1.7.2无机阻燃剂

1.7.3氮系阻燃剂

1.7.4硅系阻燃剂

1.7.5磷系阻燃剂

1.8本课题的目的和意义

1.8.1本课题的必要性和难点

1.8.2研究思路

第二章阻燃剂SPS的合成与表征

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1原料

2.2.2单体SPDPC的合成

2.2.3聚合物SPS的合成

2.2.4结构表征

2.3结果与讨论

2.3.1 SPDPC反应机理分析

2.3.2 SPDPC合成条件的研究及结构表征

2.3.3 SPS合成条件的研究及结构表征

2.4小结

第三章三嗪系阻燃剂的合成与表征

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1原料

3.2.2单体2-甲氧基4，6-二氯-均三嗪的制备

3.2.3齐聚物PTS的制备

3.2.4齐聚物PTEN的制备

3.2.5结构表征

3.3结果与讨论

3.3.1反应机理分析

3.3.2 2-甲氧基4，6-二氯-均三嗪合成条件的研究及结构表征

3.3.3齐聚物PTS的合成条件研究及结构表征

3.3.4齐聚物PTEN的合成条件研究及结构表征

3.4小结

第四章膨胀型阻燃聚乙烯阻燃性能研究

4.1引言

4.1.1阻燃性能测试方法

4.1.2膨胀型阻燃LDPE的配方

4.2实验部分

4.2.1材料

4.2.2测试样品的制备

4.2.3氧指数的测定

4.2.4垂直燃烧实验

4.2.5锥形量热实验(CONE)

4.2.6扫描电镜(SEM)

4.2.7红外光谱(FTIR)

4.3结果与讨论

4.3.1阻燃LDPE/APP/SPS/ZB体系的阻燃性能研究

4.3.2阻燃LDPE/APP/PTS/PT体系的阻燃性能研究

4.3.3阻燃LDPE/APP/SPS/PTEN/MWNT体系的阻燃性能研究

4.3.4阻燃LDPE/APP/SPS/PTEN/MWNT体系的锥形量热测试分析

4.4小结

第五章膨胀型阻燃LDPE的热性能及成炭反应研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1测试样品的制备

5.2.2热重分析

5.3结果与讨论

5.3.1 LDPE/IFR热失重行为研究

5.3.2膨胀型阻燃LDPE中的协同效应

5.3.3 LDPE/IFR在空气和在氮气中热失重行为对比

5.3.4 LDPE/IFR成炭反应机理的初步探讨

5.3.5碳纳米管(MWNT)对LDPE/IFR热降解行为的影响

5.3.6 LDPE/IFR/MWNT体系的热分解动力学研究

5.4小结

第六章膨胀型阻燃LDPE的阻燃机理研究

6.1引言

6.1.1 X-射线光电子能谱(XPS)原理

6.1.2 XPS中的定量分析

6.2实验部分

6.2.1样品的制备

6.2.2扫描电镜(SEM)

6.2.3 X-射线光电子能谱(XPS)

6.2.4傅立叶红外分析

6.2.5广角X射线衍射(WXRD)

6.3结果与讨论

6.3.1扫描电镜

6.3.2 XRD分析

6.3.3红外光谱分析

6.3.4 X-射线光电子能谱(XPS)分析

6.3.5硫(S)元素的阻燃作用分析

6.4小结

第七章膨胀型阻燃LDPE的流变性能及力学性能研究

7.1引言

7.2实验部分

7.2.1原料

7.2.2膨胀型阻燃LDPE的制备

7.2.3相容性研究

7.2.4力学性能测试

7.2.5流变性能测试

7.3结果与讨论

7.3.1相容性研究

7.3.2流变性能研究

7.3.3力学性能研究

7.4小结

结束语

参考文献

作者在读期间所发表论文和申请专利

致谢

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