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膨胀型阻燃剂（IFR）是通过酸源、碳源和气源在一定温度下起反应生成膨胀疏松炭层覆盖在凝聚相表面，抑止凝聚相和气相间的传热和传质以起到阻燃作用的磷氮类阻燃剂。IFR是一类用来制备低烟无卤阻燃聚合物材料的环保型阻燃剂。目前大部分膨胀型阻燃剂主要应用于阻燃涂料，而少数高品质IFR可填充阻燃聚烯烃，应用于电线电缆、建筑材料、电器设备、交通工具等。IFR在国内塑料阻燃剂市场所占份额还较小。阻碍IFR大规模应用的关键技术问题有两个方面，一是要提高阻燃效率、降低用量和成本，二是要进一步提高IFR的初始热分解温度，降低其水溶性以拓宽其应用范围。本文针对以上两个要求进行了研究，并对国内商品化IFR产品的性能进行了初步的技术评估。在膨胀阻燃体系中加入协效剂是提高其阻燃效率的有效方法。要起到高效的协同作用，一般要从化学的角度来催化IFR组分间及IFR组分与聚合物基体间的相互反应，提高体系的成炭量，改善膨胀炭层的质量。采用稀土氧化物包括氧化镧和氧化钕为催化协效剂，提高了聚丙烯（PP）基膨胀阻燃热塑性聚烯烃（FRTPO）的极限氧指数(LOI)，降低了热释放速率峰值（pHRR）和质量损失速率峰值（pMLR）。氧化钕的协同效率高于氧化镧。稀土氧化物提高了IFR和FRTPO的高温热稳定性和残炭量，但使IFR和FRTPO的初始热分解温度（Tonset）略有降低。稀土氧化物改变了FRTPO受热降解过程中的粘弹行为，有利于防止燃烧过程中的熔滴和衰减燃烧过程中释放气体而引起的压力，保持膨胀层的完整性。加入稀土氧化物后，FRTPO的强度略有增加，断裂伸长率基本不变。天然硅酸盐可作为塑料用低成本多功能填料。天然硅酸盐的种类众多，表面特性及金属元素含量差别很大。系统研究了不同硅酸盐在膨胀阻燃聚丙烯（FRPP）中的协同作用。在FRPP中加入0.5%~7%未剥分蛭石（VMT）和剥分蛭石（EVMT），LOI值明显上升。用含磷钛酸酯偶联剂处理VMT后可以使LOI值进一步提高。VMT和EVMT都可以降低FRPP的pHRR和pMLR，EVMT降低效果好于VMT。EVMT还可以明显降低FRPP的烟释放速率峰值（pSPR）和总烟释放量（TSP）。含有蛭石的FRPP比不含有蛭石FRPP燃烧后的残炭更致密，阻隔作用更好。蛭石的加入提高了FRPP的Tonset和最终残炭量。无机蒙脱土（MMT）、凹凸棒土（ATP）和沸石（ZLT）也可以有效提高FRPP的LOI值，降低FRPP的pHRR、pMLR和pSPR。以双十八烷基二甲基溴化铵为插层剂的有机蒙脱土（O-MMT）和附载锆离子的有机蒙脱土（Zr-OMMT）对于FRPP LOI值没有改变，但能降低FRPP的pHRR、pMLR和pSPR，Zr-OMMT降低效果好于O-MMT。Zr-OMMT具有很好的抑烟效果。基于LOI变化值计算结果表明EVMT在FRPP体系中的协同效率（SE）为1.6、VMT和ZLT为1.4、MMT为1.3、ATP为1.2。加入硅酸盐可以降低FRPP的火灾发展指数（FIGRA）和火灾性能指数（FPI），EVMT效果最好。硅酸盐协同效率的高低与其所含过渡金属Fe和Ti元素含量之和密切相关，协同效率也与硅酸盐的径粒和形态有关。加入硅酸盐对FRPP力学性能影响不明显。为了降低聚磷酸铵（APP）的水溶性和提高其热稳定性，对其进行表面包覆改性是必不可少的。采用二异氰酸酯与高效成炭剂三羟乙基异氰尿酸酯（THEIC）在APP存在下进行原位溶液聚合制备了包覆APP (CUAPP)。与THEIC和APP的混合物相比，CUAPP的水中溶解度大大降低，Tonset提高。CUAPP的阻燃效率低于THEIC和APP混合物，但阻燃PP的耐水性明显提高，经过浸水实验后能达到UL94V-0级阻燃要求。为了对国内膨胀型阻燃剂的质量进行初步技术评估，系统研究了国内外5种代表性IFR对于增韧PP和PP/POE基热塑性弹性体(TPE)的阻燃效果、耐水性、力学性能及流变性能的影响。结果表明JLS-PNP1D、Deflam EM82与Budit3167阻燃效率相当，ANTI-6阻燃效率较差。Budit3167阻燃增韧PP或TPE的Tonset较高，经过耐水性实验后仍能保持UL94V-0级。论文的创新之处：（1）对比研究了不同催化活性的稀土氧化物在膨胀阻燃TPO（FRTPO）中的协同作用，通过多种表征方式揭示了稀土氧化物协同作用产生的原理。稀土氧化物提高了FRTPO在降解前的粘度，有利于防止燃烧过程中的熔滴。稀土氧化物提高了FRTPO的成炭率，减缓了膨胀层的降解，提高了膨胀层的损耗因子，有利于衰减气体释放引起的压力，保持炭层的完整。（2）系统研究了多种硅酸盐包括未剥分蛭石、剥分蛭石、无机蒙脱土、凹凸棒土、沸石在膨胀阻燃聚丙烯中的协同效应，选出了一种最佳的新型低成本高效协效剂－剥分蛭石。在IFR中加入少量剥分蛭石可以显著提高阻燃PP的LOI值，降低阻燃PP的热释放、质量损失和烟释放速率峰值。制备了附载锆离子的有机蒙脱土（Zr-OMMT），在IFR中加入少量Zr-OMMT，可以显著提高阻燃PP的热稳定性，降低阻燃PP的热释放、质量损失和烟释放速率峰值。Zr-OMMT具有很好的抑烟效果。（3）采用二异氰酸酯与高效成炭剂三羟乙基异氰尿酸酯在聚磷酸铵存在下进行原位溶液聚合制备了包覆聚磷酸铵，得到了一类水溶性低、初始热分解温度高的新型膨胀型阻燃剂。将其应用于聚丙烯，得到初始热分解温度高，经过耐水实验后仍能保持UL94V-0级的阻燃材料。