丁苯橡膠的膨脹阻燃與無(wú)機(jī)物協(xié)同阻燃的研究.pdf

1、膨脹型阻燃劑是近年來(lái)頗受關(guān)注的一類新型無(wú)鹵阻燃劑，在高聚物阻燃研究中有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，具有高阻燃性、無(wú)熔滴滴落行為，低煙、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性氣體產(chǎn)生等特點(diǎn)。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)研和本課題組的有關(guān)工作的基礎(chǔ)上，對(duì)阻燃劑的研究進(jìn)展、丁苯橡膠的阻燃技術(shù)發(fā)展以及膨脹型阻燃劑的改進(jìn)技術(shù)研究進(jìn)行了總結(jié)概括。本文以丁苯橡膠(SBR)為基體，典型的膨脹阻燃體系聚磷酸銨(APP)/季戊四醇(PER)作為阻燃劑，在常溫下通過(guò)雙輥混煉制備了膨脹阻燃丁苯橡膠

2、，考察了材料的熱穩(wěn)定性和阻燃性能，著重研究了各種化合物對(duì)膨脹阻燃丁苯橡膠的協(xié)效阻燃作用，對(duì)協(xié)效體系的阻燃性、熱穩(wěn)定性以及協(xié)效機(jī)理進(jìn)行了探討。本文的主要研究工作如下： 1.在常溫下，使用開(kāi)煉機(jī)制備了膨脹型阻燃丁苯橡膠，通過(guò)LOI和UL-94考察了膨脹型阻燃劑的阻燃性能，確定了APP/PER的最佳比例為2：1。通過(guò)熱重分析(TG)，發(fā)現(xiàn)膨脹型阻燃劑的添加提高了丁苯橡膠在高溫區(qū)的熱穩(wěn)定性，并能大大提高材料的殘余量，使用實(shí)時(shí)紅外(FTI

3、R)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)材料在高溫時(shí)會(huì)形成以磷為主要含量的穩(wěn)定炭層。 2.選取含硼元素的兩種化合物硼酸鋅和磷酸硼作為協(xié)效劑，考察這兩種化合物對(duì)膨脹體系的協(xié)效效果。通過(guò)LOI、UL-94和錐形量熱計(jì)對(duì)材料的燃燒性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)硼酸鋅和磷酸硼對(duì)于材料的LOI值和燃燒等級(jí)有明顯提高，LOI值可達(dá)30，垂直燃燒等級(jí)達(dá)到了Ⅴ-0級(jí)別，但是熱釋放速率卻沒(méi)有顯著降低。從熱重分析的結(jié)果來(lái)看，硼酸鋅和磷酸硼的加入，提高了膨脹阻燃丁苯橡膠在低溫區(qū)域的熱穩(wěn)定

4、性能。從炭層的掃描電鏡(SEM)照片發(fā)現(xiàn)，硼酸鋅和磷酸硼的加入可以提高材料炭層的連續(xù)性和致密性。 3.選用五種過(guò)渡金屬氧化物中，二氧化鋯(ZrO2)的協(xié)效作用最為明顯。通過(guò)LOI、UL-94、錐形量熱計(jì)以及TG的分析發(fā)現(xiàn)，添加3.4phr的ZrO2時(shí)，膨脹型阻燃丁苯橡膠的垂直燃燒等級(jí)提高到Ⅴ-0級(jí)別，最大熱釋放速率也有所降低，材料的點(diǎn)燃時(shí)間也有所增加，添加ZrO2的阻燃材料的殘余量有所提高。從SEM圖像發(fā)現(xiàn)，金屬氧化物的添加能夠

5、改變炭層的形貌。結(jié)合FTIR、X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)的分析，對(duì)ZrO2的阻燃協(xié)效機(jī)理進(jìn)行了推測(cè)：一方面，ZrO2可以催化APP交聯(lián)反應(yīng)，釋放出H2O和氨氣，另外，ZrO2是種特殊的催化劑，可以使得IFR中的酸源富集變成超強(qiáng)酸，這種超強(qiáng)酸催化脫水炭化的過(guò)程，促進(jìn)炭層的形成。另一方面，通過(guò)電鏡可以看到，加入的ZrO2與APP反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性很好的ZrP2O7，玻璃態(tài)的ZrP2O7覆蓋在炭層表面，使得炭層隔絕熱傳導(dǎo)的

6、作用得到改善。 4.分別采用水熱合成法和固相合成法合成了CePO4和LaPO4·0.5H2O，從熱失重曲線看出，CePO4和LaPO4·0.5H2O均是熱穩(wěn)定性很好的物質(zhì)。在膨脹阻燃丁苯橡膠中，添加少量的CePO4和LaPO4·0.5H2O，體系的垂直燃燒級(jí)別便能提高到Ⅴ-0級(jí)別。使用錐形量熱計(jì)、TG和SEM對(duì)材料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，CePO4和LaPO4·0.5H2O大大增加了材料的點(diǎn)燃時(shí)間，熱釋放速率峰值明顯降低。CePO4和La