包覆红磷的制备及其在木塑复合材料中的阻燃研究

摘要

本论文以氢氧化镁和聚乙烯(PE)为囊材，红磷为囊心，通过沉淀法制备了无机包覆红磷(IERP)和有机-无机双层包覆红磷(OIERP)阻燃剂。通过对合成工艺参数的优化，确定了无机包覆红磷合成的最优工艺条件，并将其应用于木塑复合材料中，考察两种包覆红磷阻燃剂对木塑复合材料的阻燃性能和力学性能的影响。运用热分析讨论木塑复合材料的热分解特性，通过单一升温速率法，计算材料的活化能，并通过加入阻燃剂后活化能的变化规律研究包覆红磷阻燃剂的阻燃机理。
　　本论文主要研究结果如下:
　　(1)通过直接沉淀法制备无机包覆红磷，利用单因素实验和正交实验确定无机包覆红磷制备的最优工艺条件:反应温度80℃，搅拌速度300r/min，氢氧化钠溶液浓度1mol/L，微胶囊红磷中氢氧化镁的比例30％。
　　(2)利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、热重分析(TG)、傅里叶红外(FT-IR)等分析手段对两种包覆红磷阻燃剂的性能进行表征。结果表明，红磷表面被氢氧化镁和PE很好地包裹，颜色变浅，IERP和OIERP的包覆率分别为81.5％和91.4％，同时其吸湿率分别为2.5％和1.4％，抗氧化性分别为0.56 mg/(g·h)和0.16mg/(g·h)，相比于红磷的吸湿率(10.6％)和抗氧化性(8.24 mg/(g·h))均得到明显改善，无机包覆红磷阻燃剂在340～540℃范围内的失重率明显高于红磷约60％，其残炭量比红磷高34％左右。
　　(3)将两种包覆红磷阻燃剂应用于木塑复合材料中，通过氧指数和垂直燃烧性能测试得到，木塑复合材料的氧指数随包覆红磷添加量的增加而增大，分别添加8％ IERP和10％ OIERP到木塑复合材料中，都能达到UL94Ⅴ-0级，表明氢氧化镁和红磷发挥了较好地阻燃作用，同时二者也可能具有协同效应。但木塑复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度均随包覆红磷添加量的增加而降低。
　　(4)木塑复合材料的热解主要分为三个失重阶段:第一失重阶段(220～380℃)，第二失重阶段(420～530℃)，第三失重阶段(630～700℃)，前两个阶段热解对应的活化能分别为37.3kJ/mol和69.8kJ/mol。加入无机包覆红磷阻燃剂的复合材料热解对应的活化能分别为37.5kJ/mol和53.4kJ/mol。阻燃剂的加入，使木塑复合材料在热解的第二失重阶段的活化能降低。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 木塑复合材料的概述

1．3 木塑复合材料的阻燃研究

1．3．1 木塑复合材料阻燃的必要性

1．3．2 木塑复合材料阻燃研究现状

1．3．3 木塑复合材料阻燃处理发展趋势

1．4 红磷阻燃剂的研究

1．4．1 微胶囊技术

1．4．2 红磷阻燃剂

1．4．3 红磷阻燃剂的微胶囊化

1．4．4 国内外微胶囊红磷阻燃剂的研究进展

1．5 燃烧性能测试方法

1．6 论文选题意义及主要研究内容

第二章 微胶囊红磷阻燃剂的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 无机包覆红磷阻燃剂的制备

2．2．4 有机-无机双层包覆红磷阻燃剂的制备

2．2．5 两种微胶囊化红磷阻燃剂的测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 扫描电镜分析

2．3．2 透射电镜分析

2．3．3 XPS分析

2．3．4 吸湿性测试

2．3．5 抗氧化性测试

2．3．6 热重分析

2．3．7 红外分析

2．4 小结

第三章 微胶囊红磷阻燃剂的合成工艺研究

3．1 引言

3．2 实验设计

3．2．1 制备工艺流程

3．2．2 工艺条件对包覆率的影响

3．3 结果与讨论

3．3．1 pH对包覆率的影响

3．3．2 反应温度对包覆率的影响

3．3．3 搅拌速度对对包覆率的影响

3．3．4 氢氧化钠溶液浓度对包覆率的影响

3．3．5 囊材比例对包覆率的影响

3．4 正交实验

3．4．1 实验设计

3．4．2 结果与分析

3．4．3 较适宜工艺条件下的重复实验

3．5 小结

第四章 微胶囊红磷阻燃木塑复合材料的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 阻燃型木塑复合材料的制备

4．2．4 阻燃型木塑复合材料的性能测试及表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 包覆红磷添加量对木塑复合材料阻燃性能的影响

4．3．2 包覆红磷添加量对木塑复合材料力学性能的影响

4．3．3 热重分析

4．3．4 红外分析

4．3．5 燃烧残余物对比分析

4．4 小结

第五章 阻燃型木塑复合材料的热降解行为研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验样品

5．2．2 实验样品的处理

5．2．3 实验仪器和实验条件

5．3 结果与讨论

5．3．1 热解分析

5．3．2 热解活化能分析

5．3．3 包覆红磷对木塑复合材料的阻燃作用

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况