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近年来,无卤阻燃是阻燃领域的一个重点研究方向,其中含硅阻燃剂聚倍半硅氧烷(POSS)和纳米阻燃剂的研究是该领域的热点。本论文分别将新型纳米阻燃剂笼型八苯基硅倍半氧烷(OPS)和DOPO-MMT应用到聚氨酯弹性体(TPU)中制成复合材料,并与其他含磷阻燃剂——聚磷酸铵(APP)、二乙基次膦酸铝(ADP)、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和无机阻燃剂(MMT)等复配,研究了新型阻燃剂对聚氨酯弹性体阻燃性能的影响,分析了其阻燃机理。本论文分为以下三个部分。首先,将OPS以熔融共混的方式添加到聚氨酯弹性体中,获得了新型的聚氨酯弹性体复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥形量热仪(CONE)、扫描电镜(SEM)以及X射线光电子能谱(XPS)等分析方法来考查样品的阻燃性能,发现OPS增加了聚氨酯熔体的强度,明显抑制了燃烧熔滴的生成,促进表面快速成炭,降低了热释放速率;热失重测试显示,OPS使复合材料的残炭量提高了。综合以上测试结果,确定OPS在阻燃聚氨酯弹性体的最佳添加量为15wt%。然后,将OPS分别与含磷阻燃剂APP和ADP复配,考察了硅和磷元素在聚氨酯弹性体中的协同阻燃作用。采用极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热仪、X射线光电子能谱以及扫描电镜等分析方法对几种阻燃体系的燃烧性能及炭层形貌进行研究。发现OPS与含磷阻燃剂APP、ADP复配后都可以大幅提升TPU的阻燃性能和热性能,而且APP的协同阻燃效果要明显优于ADP;其中,TPU/10%OPS/5%APP复配体系的综合性能最优,锥量测试时的热释放峰值可从1339kW/m~2降低至489kW/m~2,降幅达到了63.5%,总烟释放量也从3425m~2/m~2降到1884m~2/m~2,降幅达到了45.0%,质量残余量为18%;阻燃后的TPU锥量测试的炭层在SEM下可以看到更加致密、坚硬和孔隙有序的炭层。最后,将本课题组制备的DOPO-MMT纳米复合物添加到聚氨酯弹性体中,得到新型聚氨酯弹性体复合材料,研究了其阻燃性能及阻燃机理,并与单独添加DOPO、MMT和DOPO与MMT的物理混合物的阻燃效果作对比。研究表明,使用纳米复合的DOPO-MMT阻燃剂,阻燃效果要明显优于单独添加DOPO、MMT和物理混合的DOPO和MMT阻燃剂。这是因为DOPO-MMT在聚氨酯中实现了MMT纳米级别的分散,DOPO的气相阻燃和MMT的凝聚相阻燃相辅相成,抑制燃烧时的火焰,使得聚氨酯复合材料的UL-94垂直燃烧达到V-2级别,锥形量热测试中有最低的热释放速率和热释放量,材料获得了良好的阻燃效果。