新型绿色成炭剂的制备以及成炭机理分析-preparation of new green char-forming agent and analysis of char-forming mechanism.docx

新型绿色成炭剂的制备及其成炭机理研究摘要膨胀阻燃剂(IFR)具有无卤、低毒、低烟的优点，是阻燃剂发展的一个重要方向。但IFR还存在一些缺点，比如添加量较大、阻燃效率较低、易吸潮等，这限制了它的应用范围。因此，如何解决这些缺点成了摆在众多学者前面的问题。为了解决这个问题，本文分别采用羟基磷灰石、磷腈微球(PZS)和磷腈微球催化剂(PZS-g-PMo)作为协效成炭剂，将其与IFR(APP/PER=3/1)复配后用于阻燃聚丙烯(PP)。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)对材料的阻燃性能进行了表征，采用热失重分析对材料的降解过程进行了表征，采用扫描电镜和X射线光电子能谱对炭层的形貌和结构进行了表征。并对各复合体系的阻燃机理进行了推测，具体叙述如下：1）将羟基磷灰石(HAP)与IFR复合协同阻燃PP，结果发现当加入0.5wt%的HAP和19.5wt%的PP时，阻燃效果最好，材料的极限氧指数达到了29.9%，垂直燃烧能够通过UL-94V-0级别，并且炭层的热稳定性较高，但HAP含量增加后垂直燃烧级别又下降，这是由于HAP的弱碱性影响了IFR的成炭过程，降低了成炭效率。另外热失重分析表明HAP加入提高了PP/IFR材料的热稳定性。2）制备了PZS，采用红外光谱、荧光光谱和扫描电镜对其结构和形貌进行了表征，将其与IFR用于协同阻燃PP，结果发现PZS提高了炭层对热量的隔绝作用，能够增强炭层的致密性，在加入0.5wt%的PZS和24.5wt%的IFR时，材料的极限氧指数达到31.1%，垂直燃烧级别为UL-94V-0级，但增大PZS的含量后，材料的阻燃性能下降，说明提高PZS含量不利于IFR阻燃效率的提高。3）将磷钼酸接枝到PZS表面，用以提高其催化活性，用红外光谱、荧光光谱和扫描电镜对其结构和形貌进行了表征，将其与IFR用于协同阻燃PP，结果发现，当PZS-g-PMo质量分数为0.5%，IFR质量分数为19.5wt%时，样品的极限氧指数达到了最高，为31.5%，垂直燃烧级别为UL-94V-1级，而不I含PZS-g-PMo的样品在垂直燃烧测试中无级别；热失重分析表明该样品的热稳定性最好，增大PZS-g-PMo的含量后，材料的阻燃性能下降，但最终的残炭量提高，说明炭层的耐热性更好。PZS-g-PMo与IFR之间显示出了一定的协同阻燃效应。关键词：膨胀阻燃，绿色，成炭，协效IIPreparationofnovelgreencharringagentandstudyofitscharringmechanismAbstractIntumescentflameretardant(IFR)isoneofthemostimportantresearchareabecauseofitshalogen-free,low-toxic,andlowemissionofsmoke.However,ithassomeweakness,suchashighcontent,limtedefficiency,andeasytomoisture,whichreduceditsapplicationarea.Therefore,theseproblemsarewatingforresearcherstosolve.TheefficiencyofIFRdependsontheamountsandqualityofcharformation.Inordertosolvetheseproblems,thisthesisusehydroxyapatite(HAP),poly[cyclotriphosphazene-co-(4,4-sulfonyldiphenol)](PZS),andPhosphomolybdicacidhydrategraftedPZS(PZS-g-PMo)asthesynergist,IFR(APP/PER=3/1)asthemainflameretardanttoachieveanflameretardancyofpolypropylene(PP).Limitoxygenindex(LOI)test,UL-94test,andthermogravimeticanalysis(TGA)wereusedtoinvestigatetheirflameretardancyandthermalstability.TheScannedElectronMicroscopeSEMandX-rayphotoelectricspectroscopy(XPS)wereusedtoevaluatethechemicalstructureandcharmorphologyoftheirchar.Thenthemechanismofflameretardantwasspecul