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绿色阻燃材料的催化成炭行为研究

作　者: 陈胜交
导　师: 苏胜培；李娟
学　校: 湖南师范大学
专　业: 应用化学
关键词: 多金属氧酸盐 离子液体 协效 膨胀阻燃剂 聚丙烯
分类号: TQ314.248
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


本文以多金属氧酸盐(POM)和室温离子液体(IL)为单体,合成出三种金属氧酸盐离子液体(PILs)无机-有机杂化材料—[BMIm]3PW(PIL1)、[BMIm]3PMo (PIL2)和[BMIm]4SiW(PIL3)。将三种PILs用于聚丙烯／膨胀阻燃剂体系(PP/IFR)以改善其阻燃效率,所用IFR为质量比3：1的聚磷酸铵(APP)和季戊四醇(PER)。对PILs的结构分析表明,PILs结构中出现了无机部分的Keggin结构和有机部分的咪唑结构,且由于有机部分的引入,POM结构中附着的结晶水消失,这说明成功制备了PILs。对PP/IFR/PILs复合材料的阻燃性能和热性能进行研究,发现PILs的出现对PP/IFR复合材料的阻燃性能有很大的影响。三种PILs在PP复合材料的阻燃性能所体现的协效作用能力排序为PIL2>PIL1>PIL3。其中,含0.5wt%PIL2和14.5wt%IFR的PP复合材料极限氧指数(LOI)高达28.0,并能获得UL-94V-0级别,且测试过程无溶融滴落现象,而含15wt%IFR的PP复合材料氧指数仅为23.7,也无法获得UL-94级别。PILs还促进了IFR的成炭反应并提高了PP复合材料的热稳定性。对残炭的形态和结构进行分析,以阐明其成炭及阻燃机理。研究表明,PIL2促进了APP与PER之间的反应,提高了材料在燃烧过程中炭富集程度和抗氧化能力,促使更多的N元素凝聚在残炭中,最终加速了整个体系成炭反应过程,使其形成致密且连续的膨胀炭层,这是材料获得良好阻燃性能的关键所在。虽然PIL1和PIL3也有促进成炭反应的作用,但是其促进PP/IFR体系分解的作用远大于其促进体系成炭的作用,因而在燃烧过程中与PP/IFR匹配不佳,故成炭协效作用不佳,因而对阻燃性能无大的贡献。通过本文的研究,构建了一个以传统IFR为主阻燃剂,PIL2为协效剂的高效阻燃PP的复合体系,对绿色高效阻燃材料的开发具有重要的意义。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 聚合物的燃烧及经典燃烧机理  12-14
  1.3 聚合物阻燃机理  14-15
  1.4 阻燃剂的概述及发展趋势  15-16
    1.4.1 阻燃剂的概述  15
    1.4.2 阻燃剂的发展趋势  15-16
  1.5 膨胀阻燃体系  16-21
    1.5.1 化学膨胀型阻燃体系的基础与应用  17-19
    1.5.2 化学膨胀阻燃剂的阻燃机理  19-21
    1.5.3 膨胀型阻燃剂的不足与应对策略  21
  1.6 催化协效阻燃技术  21-26
  1.7 本课题的提出及主要研究内容  26-27
    1.7.1 本课题的提出  26
    1.7.2 本文的研究内容  26-27
第二章 多金属氧酸盐离子液体的制备与表征  27-38
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-29
    2.2.1 实验材料  28
    2.2.2 PILs的合成  28-29
    2.2.3 分析测试  29
  2.3 结果与讨论  29-36
    2.3.1 FT-IR分析  29-32
    2.3.2 NMR分析  32-34
    2.3.3 DSC分析  34-35
    2.3.4 TGA分析  35-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章 PP/IFR/PIL复合材料阻燃性能研究  38-49
  3.1 前言  38-39
  3.2 实验部分  39-40
    3.2.1 实验原料  39
    3.2.2 PP复合物的制备  39
    3.2.3 分析测试  39-40
  3.3 结果与讨论  40-47
    3.3.1 LOI与UL-94分析  40-44
    3.3.2 TGA分析  44-47
  3.4 本章小结  47-49
第四章 成炭机理分析  49-69
  4.1 前言  49
  4.2 实验部分  49-50
    4.2.1 实验原料  49
    4.2.2 PP复合物的制备  49
    4.2.3 分析测试  49-50
  4.3 结果与讨论  50-67
    4.3.1 PIL各组分对LOI和UL-94的影响  50-52
    4.3.2 TGA分析  52-56
    4.3.3 Cone分析  56-58
    4.3.4 SEM与XPS分析  58-63
    4.3.5 TG-IR分析  63-67
  4.4 本章小结  67-69
第五章 结论与展望  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 创新点  70
  5.3 展望  70-71
参考文献  71-77
致谢  77-79
附录(攻读硕士期间发表的论文)  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 高分子化合物工业（高聚物工业） > 原料与辅助材料 > 合成高分子化合物 > 助剂 > 阻燃剂
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