无机阻燃剂在聚氨酯材料中的协效阻燃研究

摘要

无机阻燃剂由于具有热稳定好、效果持久、价格便宜、环境友好等特点，而且可以明显抑制聚合物的燃烧，因此其在聚合物中的阻燃应用越来越受到人们的关注。本文从提高无机阻燃剂的阻燃效率着手，探索并设计高效的无机阻燃体系。将可膨胀石墨（EG）和次磷酸铝（AHP）共同添加到硬质聚氨酯泡沫塑料中，研究它们在硬质聚氨酯泡沫塑料中的阻燃协同效应；此外，从分子设计角度出发，将三氧化钼和氧化亚铜分别负载到石墨烯的表面上制备了MoO3-GNS和Cu2O-GNS杂化材料，并将两种杂化材料分别添加到聚氨酯弹性体（PUE）中，研究它们的阻燃及抑烟性能；最后，将有机改性的α-磷酸锆（OZrP）和EG共同添加到PUE中制备PUE/OZrP/EG复合材料，研究两种阻燃剂的共同加入对 PUE复合材料的热稳定性和阻燃性能的影响，并研究两者之间的协同阻燃效应。　　(1)通过一步法制备了一系列填充可膨胀石墨（EG）和次磷酸铝（AHP）的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF），研究它们的加入对RPUF阻燃性能的影响。结果表明， EG和AHP的加入均能够提高泡沫材料的阻燃性能，而且EG的阻燃效果优于AHP。当AHP代替部分EG使用后能够进一步提高RPUF的阻燃性能，两者之间存在良好的协同阻燃效应。与RPUF/20EG和 RPUF/20AHP相比，复合材料RPUF/15EG/5AHP具有更低的热释放速率的峰值（PHRR）和总的热释放量（THR）；TGA分析结果表明，AHP代替部分EG使用后，可以提高RPUF复合材料的残炭量；实时红外光谱分析（RT-FTIR）结果和X射线光电子能谱分析（XPS）结果证明了RPUF/15EG/5AHP复合材料在燃烧后期具有更高的耐热性能。与单独添加EG的RPUF相比，AHP代替部分EG使用后的复合材料具有更好的泡孔结构和物理机械性能。　　(2)首先使用水热法和一步共沉淀法分别制备了三氧化钼负载石墨烯（MoO3-GNS）和氧化亚铜负载石墨烯（Cu2O-GNS）两种杂化材料。测试结果表明， MoO3和Cu2O都被成功负载在石墨烯的表面。将MoO3-GNS和 Cu2O-GNS两种杂化材料分别添加到聚氨酯弹性体（PUE）中，研究它们对聚氨酯弹性体的热稳定性、阻燃性能及抑烟性能的影响。热重分析测试结果表明，2wt％ MoO3-GNS或Cu2O-GNS的加入能够使得复合材料的前期分解温度相比纯PUE有所提前，但是在700 ℃时的残炭率明显增多。锥型量热仪测试结果表明，与纯 PUE相比，复合材料PUE/MoO3-GNS和 PUE/Cu2O-GNS的热释放速率的峰值、总热释放量和烟密度值均有不同程度的降低。对复合材料 PUE/MoO3-GNS和 PUE/Cu2O-GNS燃烧后炭渣的分析结果表明，复合材料阻燃及抑烟性能的提升主要归因于石墨烯片层的物理阻隔效应和金属氧化物催化成炭效应之间的协同作用。　　(3)首先通过离子交换法将十六烷基三丁基膦盐插入到α-磷酸锆层间制备了有机改性的α-ZrP（OZrP），用以改善α-ZrP在聚合物基体中的分散性。然后将OZrP和EG共同添加到聚氨酯弹性体（PUE）中制备PUE/OZrP/EG复合材料，研究两种阻燃剂的共同加入对PUE复合材料的热稳定性和阻燃性能的影响。XRD、FTIR和 TGA测试结果表明，十六烷基三丁基膦盐成功插入到α-ZrP层间。锥型量热仪测试结果表明，OZrP和EG都能够提高PUE复合材料的阻燃性能，且EG的阻燃效果要高于OZrP。当OZrP和EG的配比为1:3时，复合材料PUE/OZrP/3EG具有最低的热释放速率的峰值和总热释放量；燃烧后残炭的测试结果表明，PUE/OZrP/3EG燃烧后残渣具有最好的抗热稳定性。

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引言

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 聚氨酯材料概述

1.3 无机阻燃剂的概述

1.4本论文研究的目的及内容

第二章 可膨胀石墨/次磷酸铝协同阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的研究

2.1前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

第三章 金属氧化物/石墨烯杂化物对聚氨酯弹性体阻燃及抑烟性能的影响

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第四章 可膨胀石墨/有机改性磷酸锆协同阻燃聚氨酯弹性体的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

全文总结

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果