【碩士】聚磷酸銨阻燃劑的制備及其阻燃聚氨酯的研究

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　　【碩士】聚磷酸銨阻燃劑的制備及其阻燃聚氨酯的研究　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　微膠囊技術(shù)是指利用天然的或合成的高分子材料，將固體的、液體的、甚至是氣體的微小物質(zhì)包覆，形成直徑1—1000 Il m的一種具有半透性或封閉膜的微型膠囊技術(shù)。聚磷酸銨(APP)作為高聚物的阻燃劑，阻燃效果好；分解溫度高，熱穩(wěn)定性好；溶解度低，吸濕性小，可很好地與涂料、橡膠、塑料等混合而不影響主體物料的物理性能。由于目前聚磷酸銨的生產(chǎn)受到生產(chǎn)條件限制，一般制得的聚磷酸銨與有機材料兼容性不好，不能完全達到力學(xué)性能要求，為了使其能夠發(fā)揮阻燃作用，需要對其顆粒表面進行改性，使其熱穩(wěn)定性能滿足某些聚合物的要求，并且聚磷酸銨還存在耐水性差的缺點，限制了在材料上的應(yīng)用。因此也必須對聚磷酸銨進行某種改性處理才能使用。　　一、本文慨述了目前微膠囊化阻燃劑的制備方法和發(fā)展現(xiàn)狀，通過比較各種方法的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)采用原位聚合法微膠囊APP比較合適?！　? 二、采用季戊四醇和2，4．甲苯二異氰酸酯為原料利用原位聚合法制備核一殼型阻燃劑。微膠囊中APP的紅外特征峰消失和／或減弱，且出現(xiàn)明顯的聚氨酯特征峰；微膠囊表面磷元素含量急劇降低，且表面元素組成與實驗設(shè)計產(chǎn)物元素組成十分接近；膠囊化聚磷酸銨的耐水性在不同溫度下降低80％以上；產(chǎn)物的T．5、砒為316．1℃；微膠囊化APP后可以增強其在PU中的熱穩(wěn)定性和相容性；在潮濕環(huán)境中可以在很大程度上保持其阻燃性PUMCAPP30在75℃水處理7d后仍可通過UL．94 V．0燃燒等級測試；其最大熱釋放速率與添加APP的聚氨酯復(fù)合材料相比下降38．4％，總熱釋放量下降28．1％，質(zhì)量損失率也有明顯降低，這是由于其在燃燒過程中可以形成更加致密的膨脹炭層造成的。　　三、在前面工作基礎(chǔ)上，采用PEG來增韌聚氨酯殼層以改善微膠囊的脆性，且PEG．1000／PER=2：I型微膠囊形貌最為完整，具有最好的耐水性。在聚氨酯結(jié)構(gòu)引入柔性鏈PEG后，分子間的氫鍵作用力明顯降低；APP顆粒表面磷元素由11．31％下降到1．46％，說明大部分APP顆粒被包覆。所得微膠囊初始分解溫度T．5、為292．6℃，適合用于阻燃大多數(shù)高分子材料；微膠囊可以明顯改善APP在PU中的熱穩(wěn)定性和相容性。聚氨酯微膠囊化APP提高了APP的阻燃效果，特別是提高了其成炭率，延緩了燃燒行為。與此同時，PUMAPP25在75"0水中處理7d，阻燃劑僅損失4．9％，且可通過UL．94 V．0測試，說明微膠囊可以保持材料阻燃性能。　　四、采用溶膠一凝膠法制備硅凝膠來微膠囊化聚磷酸銨，以期得到耐水性明顯改善的磷硅阻燃體系。微膠囊中出現(xiàn)Si—O．Si鍵和Si．O．C鍵的伸縮振動峰等硅凝膠特征峰；且表面磷原子含量下降到1．84％：N原子下降到3．79％，且表面Ols峰屬于Si．O鍵能級分裂振動峰。硅凝膠包覆APP后，其與水的接觸角明顯減小，潤濕性顯著降低；覆后顆粒表面顯得粗糙不平，沒有尖銳的晶體棱角出現(xiàn)。微膠囊的T-5、橢為284．2℃，且可增強其在PU中的熱穩(wěn)定性和相容性；添加微膠囊化聚磷酸銨后材料的最大熱釋放速率、總熱釋放量以及質(zhì)量損失率均有明顯降低，這說明了所得磷一硅阻燃劑具有協(xié)同阻燃效果?！　? 五、對比聚磷酸銨與硅凝膠以不同結(jié)合形式阻燃聚氨酯時各項性能的差異。研究發(fā)現(xiàn)：硅凝膠不能改變PUAPP體系熱降解行為；但PUMCAPP中O=C-N以及N．H官能團降解行為明顯得到抑制ATR-FTIR研究發(fā)現(xiàn)在復(fù)合材料剛開始熔融時，熔體黏度很大，微膠囊遷移遇到的阻力比較大，PUMCAPP表面含硅物質(zhì)含量變化比較??；當(dāng)溫度升高后，材料基體主鏈發(fā)生降解，熔體黏度降低，在熱焓推動下微膠囊遷移的阻力急劇減小，PUMCAPP表面硅物質(zhì)含量明顯提高；接著材料表面附近形成的少量分散炭層阻礙了微膠囊的遷移，硅化合物增加的速度放緩：當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，微膠囊內(nèi)部進一步分解釋放出大量氣體，使熔體黏度減小，炭層迅速膨脹，大量微膠囊也隨之遷移、聚集到材料表面。硅凝膠微膠囊會不斷向材料PUMCAPP表面遷移，并在表面縮合、交聯(lián)形成高熱穩(wěn)定性且具有一定強度的大量納米二氧化硅互穿網(wǎng)絡(luò)，可以有效防止熔體滴落和氧氣、熱量向基體內(nèi)部傳播。　　

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