不同增韧体系阻燃聚丙烯的制备和性能研究

通过高温预混制备了膨胀型阻燃剂(IFR),以马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为增容剂,选用SBS、EVA、CPE、MBS分别对PP进行增韧改性,采用熔融插层法制备了阻燃聚丙烯(FRPP)。用TGA、LOI、SEM和力学性能测试等研究了不同种类的增韧剂对阻燃PP的热稳定性、阻燃性、力学性能的影响。结果表明:SBS的加入使阻燃PP的缺口冲击强度显著提高;IFR的加入,使得体系的极限氧指数普遍升高,其中EVA和CPE的极限氧指数达到32和30;综合材料的性能,选用SBS作为阻燃PP的增韧剂,所制得的阻燃PP的各性能优良。     

累托石/膨胀型阻燃剂协同阻燃聚丙烯的研究

以硝酸为酸化剂,氯化钠为钠化剂,十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA·Br)为插层剂,采用"酸化-钠化-插层"工艺制备了有机累托石(OREC)。并采用熔融插层法制备了聚丙烯(PP)/膨胀型阻燃剂(IFR)/OREC阻燃复合材料。探讨了OREC对PP膨胀阻燃体系的影响,通过X射线衍射(XRD)、极限氧指数、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)对阻燃复合材料的微观结构、阻燃性、热稳定性及成炭情况进行了研究。结果表明：PP高分子链插层进入有机累托石层间,形成了插层型复合材料。OREC与IFR具有明显的协同阻燃性。OREC添加量为2 %时,复合材料的极限氧指数达到31 %,较单独添加IFR时高出4.8 %;与纯PP相比,复合材料残炭量由6 %提高到22 %。SEM分析表明复合材料的成炭性较好。     

膨胀阻燃剂/蒙脱土协同作用对聚丙烯性能的影响

以膨胀型阻燃荆(IFR)为阻燃荆、蒙脱土(MMT)为协效剂、PP-g-MAH为增容剂,对聚丙烯(PP)进行阻燃改性.研究了阻燃剂和协效剂对PP燃烧性能、力学性能和加工性能的影响,并运用热重分析(TGA)和差热分析(DTA)表征了阻燃PP的热降解过程,通过扫描电子显微镜(SEM)观察燃烧残余物的炭层形貌.结果表明,MMT的加入削弱了PP/IFR体系的阻燃性能和力学性能,但在一定程度上解决了体系燃烧时的浓烟现象;当IFR用量为35份时,体系的垂直燃烧性能达到FV-0级,燃烧残余物形成致密的炭层,且具有良好的力学性能和加工性能.     

IFR/可膨胀石墨及协效剂氧化锌对PP阻燃性能影响的研究

制备了聚丙烯(PP)/有机膨胀型阻燃体系(IFR)、PP/IFR/可膨胀石墨(EG)和PP/IFR/可膨胀石墨(EG)/协效剂氧化锌(ZnO)三种体系,通过力学性能、氧指数(LOI)、垂直燃烧测试及热重分析(TG),探讨了复配膨胀型阻燃体系IFR/EG与协效阻燃剂ZnO之间的协同效应。结果表明,当IFR/EG/ZnO质量比为9.25/9.25/1.5时,阻燃PP的LOI值达到最高,同时阻燃PP的力学性能比不含ZnO的PP有所提高。TG结果表明,ZnO的加入使阻燃PP的热稳定性得到提高,形成了更稳定的保护层,从而提高了PP的阻燃效果。     

膨胀型阻燃剂和有机蒙脱土协同阻燃聚丙烯的研究

采用熔融插层法制备了聚丙烯/膨胀型阻燃剂/有机蒙脱土（PP/IFR/OMMT）阻燃复合材料。探讨了OMMT对PP膨胀阻燃体系的影响,通过X射线衍射(XRD)、极限氧指数、热重分析(TG)、力学性能测试对阻燃复合材料的阻燃性、热稳定性及力学性能进行了研究。结果表明,PP高分子链插层进入OMMT层间,形成了插层型复合材料。OMMT与IFR具有明显的协同阻燃性。OMMT添加量为2份时,复合材料的极限氧指数达到31 %,较单独添加IFR时高出30 %;与纯PP相比,复合材料残炭率明显提高。随着OMMT含量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度均呈现先上升后下降的趋势,当OMMT含量为3份、IFR含量为22份时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度达到最大值。     

基于胞苷酸阻燃剂的制备及其对PP阻燃性能的影响

为了提高膨胀阻燃剂(IFR)对于聚丙烯(PP)的阻燃效率,选择具有阻燃潜质的胞苷酸衍生物作为协效剂。胞苷酸与三缩水甘油基异氰尿酸酯反应形成阻燃微球,同时引入镍离子与磷酸基团反应成盐,以提高其热稳定性,得到基于胞苷酸镍的阻燃微球TC-Ni,通过红外光谱研究了其结构。将TC-Ni与膨胀阻燃剂(IFR)复合,通过熔融共混法制备阻燃PP复合材料。通过极限氧指数、垂直燃烧等研究了复合材料的阻燃性能,通过热失重分析测试其热稳定性,采用扫描电镜观察炭层结构。结果表明,添加17%IFR和1%TC-Ni可以使样品通过UL94 V–0级别,并且其LOI提高到29.2%。TC-Ni改善了PP/IFR形成的膨胀炭形态和完整性,使炭层表层炭致密,内层多孔,从而有效地提高了PP/IFR体系的阻燃效率。     

少量增容剂对膨胀阻燃PP/POE共混复合体系性能的影响

为提高聚丙烯(PP)材料的热性能和力学性能,选用膨胀型阻燃剂(IFR)对PP/乙烯-辛烯共聚物(POE)共混体系进行阻燃改性,应用双螺杆共混挤出的方法制备了PP/POE/IFR共混复合体系,对共混复合体系的阻燃性能、力学性能、膨胀炭层以及微观相结构进行了研究。结果表明,少量增容剂马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)的加入使得IFR颗粒的分散更加均匀、分散粒径减小,同时颗粒与聚合物基体间的结合更加紧密,从而对共混复合体系的力学和阻燃性能都有明显的提高,特别是提高冲击强度。当PP/POE/IFR/POE-g-MAH配比为80/17/20/3时,共混复合体系的平均热释放速率、热释放速率峰值、比消光面积平均值、总烟释放量较未添加增容剂的共混复合体系(PP/POE/IFR配比为80/20/20)分别下降了22.4%,14.9%,29.2%,21.8%,冲击强度提高了69.6%。     

锡酸锌协效阻燃聚丙烯

通过水热法合成锡酸锌(Zn2Sn O4),将所得Zn2Sn O4作为协效剂加入聚丙烯(PP)/聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)膨胀阻燃(IFR)体系中,测试其阻燃和力学性能;并利用热重、热分析-质谱及扫描电镜等方法探索其协效阻燃机理。结果表明:添加1%锡酸锌的PP/IFR体系LOI达30.2%,并且对力学性能影响较小;热分析表明加入锡酸锌使PP/IFR体系热降解过程中最大分解温度提高,最大失重速率降低,成炭量增加,炭层致密结实,部分离子流强度也有所降低,与IFR有很好的阻燃协同作用。     

增韧改性阻燃聚丙烯的制备以及性能研究

将多聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺及有机化蒙脱土通过160℃预混制备了膨胀型阻燃剂(IFR),马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)为增容剂,选用SBS、EVA、CPE、MBS分别对PP进行增韧改性,采用熔融插层法制备了阻燃聚丙烯(FRPP)。利用了TGA、LOI、SEM和力学性能测试等研究了不同种类的增韧剂和不同OMMT含量对阻燃PP的热稳定性能、阻燃性能、力学性能的影响。结果表明:加入IFR,PP的极限氧指数由17%升为31%,其中CPE体系的极限氧指数达到31%;体系的起始分解温度由纯PP的440.8℃升高到459.5℃,600℃的残炭率比纯PP提高15%以上。SBS的加入,使体系韧性改善最明显,其中OMMT对SBS增韧体系的拉伸强度有改善,对其他增韧体系反而降低拉伸强度。综合FRPP性能,采用SBS为体系的增韧剂,添加1phr OMMT,可以在提高体系的韧性同时,阻燃性能和拉伸性能可以得到进一步的改善。     

三嗪类成炭剂的合成及对聚丙烯的阻燃

以三聚氯氰、二乙醇胺和乙二胺为原料,设计并合成了一种新型三嗪类成炭剂(CA),将其与聚磷酸铵(APP),三聚氰胺(MA)复配成膨胀型阻燃剂(IFR),并用其对聚丙烯(PP)进行阻燃.使用混料设计的方法研究了CA对阻燃PP体系的阻燃性能和力学性能的影响.结果表明.所复配的IFR极大地改善了PP的阻燃性能.当IFR是由80.3%(质量分数,下同)的APP、13.0%的MA和6.7%的CA组成时,IFR对PP体系具有最有效的阻燃性.当PP中IFR加入量为30%时,阻燃PP体系的的极限氧指数(LOI)达到35.5%;当IFR加入量仅为25%时,阻燃PP体系的的阻燃性能也通过UL-94 V-0级,LOI值达到32.5%.     

不同聚合度成炭剂在膨胀阻燃聚丙烯中的应用研究

以三聚氯氰、乙胺、乙醇胺和乙二胺为原料,通过控制物料比合成了4种不同聚合度的成炭-发泡剂(CFA)。将合成的CFA与聚磷酸铵(APP)及纳米二氧化硅复配成膨胀阻燃剂并添加到聚丙烯(PP)中,制备阻燃PP材料。通过热重分析、氧指数、垂直燃烧和力学性能测试研究了材料的热稳定性、阻燃性能和力学性能。结果表明:随着CFA聚合度的增加,膨胀阻燃体系对PP材料的阻燃效率相应提高;阻燃剂的加入提高了PP材料的热稳定性,CFA聚合度的变化对阻燃PP材料的力学性能影响不大。当CFA的聚合度为40时,阻燃PP材料的阻燃性能和热稳定性能均达到最佳。     

Flammability,thermal stability,and mechanical properties of ethylene-propylene-diene monomer/polypropylene composites filled with intumescent flame retardant and inorganic synergists

Three kinds of inorganic particles, zinc borate (ZB), organic montmorillonite (OMMT), and expanded graphite (EG) as synergistic flame retardants, are incorporated into ethylene-propylene-diene monomer/polypropylene (EPDM/PP) composites filled with intumescent flame retardants (IFR). The effect of three synergistic flame retardants on the combustion, thermal stability, and mechanical properties of the EPDM/PP/IFR composites are investigated by limiting oxygen index (LOI), UL-94 test, cone calorimeter test (CCT), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy, mechanical property testing, and dynamic mechanical analysis (DMA). The results from LOI, UL-94, and CCT show that the synergistic effect of IFR with ZB and EG is better than IFR with OMMT in the flame retardant EPDM/PP/IFR composites. The TGA results indicate that the thermal stability and char residues of the composites is improved with the addition of inorganic particles, which is attributed to the formation of dense char layers to isolate heat flow. DMA results including storage modulus (G'), loss modulus (G"), and loss factor (tan δ) suggest that the composites with inorganic particles exhibit more rubber-filler interaction, which limits the movement of the rubber chains.     

含PEPA/纳米Al(OH)3的膨胀型阻燃聚丙烯研究

用磷酰基季戊四醇（PEPA）替代传统的季戊四醇作为炭源，与APP、三聚氰胺复合组成膨胀型阻燃剂（IFR），制备了膨胀型阻燃聚丙烯（IFR-PP）。讨论了阻燃剂对IFR-PP的阻燃性能、力学性能、热稳定性的影响，以反纳米Al（OH）3对该阻燃体系的影响。结果表明：PEPA在阻燃效果上优于季戊四醇，且PEPA对IFR-PP力学性能的影响小于季戊四醇，当PEPR用量为5份，纳米Al（OH）3用量为15份时，阻燃级别达UL-94 V-0级。同时，纳米Al（OH）3的添加使IFR-PP体系阻燃效果得到提高，且对材料的热稳定性反力学性能影响较小。     

膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的应用

对自制的膨胀型阻燃剂(IFR)进行了预处理并添加了协效阻燃剂等助剂,形成一种高效的膨胀型阻燃体系。通过氧指数、热重分析和扫描电子显微镜等检测手段,考察了该阻燃体系的阻燃性能和添加量。IFR、硼酸锌和其他助剂最佳质量比为25：2：2。改进后的膨胀型阻燃体系用于聚丙烯,不仅阻燃性能优良,同时还具有较好的力学性能。     

EPDM/PP/IFR/Nano-ZnO阻燃复合材料的制备及其性能研究

将纳米氧化锌(nano-ZnO)作为协效改性剂与膨胀阻燃剂(IFR)复配,制成IFR/nano-ZnO复合阻燃剂,并将其用于三元乙丙橡胶/聚丙烯(EPDM/PP)复合材料的阻燃。研究了nano-ZnO用量对该EPDM/PP/IFR/nano-ZnO阻燃复合材料的阻燃性能和力学性能的影响。结果表明:EPDM/PP/IFR/nano-ZnO阻燃复合材料具有优良的阻燃性能,且材料的力学性能明显改善;另外,当nano-ZnO用量为2%时,该阻燃复合材料的综合性能最佳。     

Flame retardation and thermal degradation of intumescent flame‐retarded polypropylene composites containing spirophosphoryldicyandiamide and ammonium polyphosphate

A novel halogen‐free intumescent flame retardant, spirophosphoryldicyandiamide (SPDC), was synthesized and combined with ammonium polyphosphate (APP) to produce a compound intumescent flame retardant (IFR). This material was used in polypropylene (PP) to obtain IFR‐PP systems whose flammability and thermal behavior were studied by the limiting oxygen index (LOI) test, UL‐94, thermogravimetric analysis, and cone calorimetry. In addition, the mechanical properties of the systems were investigated. The results indicated that the compound intumescent flame retardant showed both excellent flame retardancy and antidripping ability for PP when the two main components of the IFR coexisted in appropriate proportions. The optimum flame retardant formulation was SPDC:APP = 3:1, which gave an LOI value of 38.5 and a UL‐94 V‐0 rating. Moreover, the heat release rate, production of CO, smoke production rate, and mass loss rate of the IFR‐PP with the optimum formulation decreased significantly relative to those of pure PP, according to the cone calorimeter analysis. The char residues from the cone calorimetry experiments were observed by scanning electron microscopy, which showed that a homogeneous and compact intumescent char layer was formed. J. VINYL ADDIT. TECHNOL., 2010. © 2010 Society of Plastics Engineers     

Synergistic Effect of Montmorillonite and Intumescent Flame Retardant on Flame Retardance Enhancement of ABS

The synergistic effects of organic montmorillonite (OMMT) and intumescent flame retardant (IFR) based on the ammonium polyphosphate (APP) and pentaerythritol (PER) on flame retardant enhancement of acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS) were investigated by using the limiting oxygen index (LOI), the UL-94 (vertical flame) test, thermogravimetric analysis (TGA), x-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The LOI data and vertical flame tests show that OMMT has a synergistic flame retardant effect with IFR and the LOI value of ABS/OMMT/IFR (96/4/20) reaches 28.7%. The TGA data demonstrate that the incorporation of OMMT and IFR is very effective in enhancing the thermal stability of ABS/OMMT/IFR system at high temperature (T > 500°C). The results of XRD show that the composite of ABS/OMMT is a kind of intercalated nanocomposite and the gallery height of ABS/OMMT nanocomposite is 3.5 nm. The microstructures observed by SEM demonstrate that a suitable amount of OMMT with IFR can promote formation of compact intumescent charred layers in ABS blends.     

新型磷-氮膨胀阻燃剂在改性聚丙烯中的应用研究

采用自制干法合成的磷-氮膨胀型阻燃剂(磷酸酯三聚氰胺盐,IFR)复配聚磷酸胺(APP)和聚四氟乙烯(PT-FE)阻燃改性聚丙烯(PP),利用极限氧指数法、垂直燃烧法分析了阻燃PP的燃烧性能,通过热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对阻燃PP的热降解过程、燃烧性能、残炭结构进行了分析,并研究了燃烧过程中复配阻燃体系对PP的阻燃机理。结果发现,IFR、APP和PTFE之间具有明显的阻燃协效作用;当阻燃剂总添加量为24%(APP为6%、IFR为17.5%、PTFE为0.5%)(质量分数)时,阻燃PP的极限氧指数达到30.1%,垂直燃烧测试达UL 94V-0级;加入阻燃剂还能提高PP的热稳定性。     

润滑剂对PP/IFR复合材料性能的影响

以聚丙烯(PP)为基体树脂、FR–1420为无卤膨胀型阻燃剂,分别加入乙撑双硬脂酰胺(EBS)、聚乙烯(PE)蜡、硬脂酸锌(硬锌)、硅酮及聚偏氟乙烯(PVDF)等五种润滑剂来制备阻燃PP复合材料(PP/IFR),考察了润滑剂及其含量对PP/IFR的阻燃性能和力学性能的影响,并对材料的热分解行为及炭层结构进行了表征和分析。结果表明,FR–1420含量为21%,五种润滑剂含量在0.5%~2%范围内变化时,对PP/IFR复合材料的力学性能影响不大,而对阻燃性能产生了明显影响;EBS与阻燃剂产生对抗作用,不论添加量多少,都显著降低PP/IFR的阻燃性,垂直燃烧等级由V–0级降低至无级;PE蜡、硬锌、硅酮及PVDF的添加量都存在一个最大值,当低于最大值时,不会影响PP/IFR的阻燃性,垂直燃烧等级均为V–0级,而高于最大值时,则会降低PP/IFR的阻燃性;PE蜡、硬锌、硅酮及PVDF均会不同程度延后PP/IFR的起始分解温度,略微降低其成炭率。