功能化氢氧化镁及本征阻燃聚酯的制备及性能

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guigui1987
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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因在较长的温度范围内具有良好的热稳定性、易于塑形加工,使其成为重要的工程和民用材料。为解决PET的易燃性,通用的方法是在其加工过程中添加不可燃成分,限制PET的燃烧行为,但同时也对其机械性能造成不可逆的损害。本研究旨在解决PET易燃性和无机填料损害其物理性能的双重问题。设计制备了功能阻燃剂以及本征阻燃PET,具体内容如下:1、在这项研究中,无机氢氧化镁(MH)分别被三种磷酸改性,得到三种不同的新型功能镁盐。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了(Pn-MH)的化学结构和形貌。此外,功能镁盐被引入到PET主链结构中。成功制备了一种新型的高性能共聚酯。P1-MH-PET的具体结构通过~1H-NMR光谱进行了表征。通过热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析了Pn-MH-PET的热稳定性。阻燃性能通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧试验(UL-94)和锥形热量计进行评估。结果表明,5%Pn-MH-PETs的热稳定性和阻燃性能得到了极大的改善。其中,性能最好的是5%P1-MH-PET,LOI为32.5%,UL-94测试达到V-0级。与纯PET相比,热释放率峰值(PHRR)、烟雾释放率峰值(PSPR)、二氧化碳释放率峰值(PCO2PR)和一氧化碳释放率峰值(PCOPR)分别下降了57.0%、38.1%、54.6%和57.3%。5%P3-MH-PET的机械性能也得到了改善。2、开发兼具高效阻燃性和良好机械性能的共聚酯材料对其实际应用至关重要。在这一章节中,氢氧化镁和硝酸铈被磷酸改性,得到新型功能镁盐(P-MH)和铈盐(P-Ce)。然后将同等质量的P-MH和P-Ce(统称为PMC)以不同的量(n)引入PET的主链结构中,得到一系列的共聚酯(PMCn-co-PET),并评估PMC对其阻燃性和机械性能的影响。5 wt%的PMC,即PMC5-co-PET,结果显示(与PET相比),最大分解温度增加了14℃(在氮气环境下),极限氧指数增加了5.3%,在UL-94垂直燃烧试验中达到了V-0等级。与纯PET相比,PMC5-co-PET的峰值热释放率、总热释放率、峰值产烟率和总产烟量分别降低了52%、26%、49%和44%。此外,一氧化碳的峰值产生率和二氧化碳峰值产生率分别减少了69%和63%。通过观察锥形量热测试后残炭的微观结构,表明两种功能磷酸盐的结合形成了一种协同阻燃机制。3、利用两种羧酸改性MH,制备了两种新型功能镁盐NM和PBTCM,PNM为NM和PBTCM的等量复合体。将两种功能镁盐和它们的复合体引入PET基体中,成功制备了NMn-co-PET、PBTCMn-co-PET和PNMn-co-PET三种共聚酯复合材料。使用一系列光谱和物理技术确定了镁盐和共聚物的结构和热稳定性。研究了共聚酯的阻燃性能和机械性能,并对其性能进行了讨论。结果显示,其中PBTCM5-co-PET、PNM5-co-PET和PNM7-co-PET的LOI值均有很大提升,UL-94测试达到V-0级。相比PET,PNM7-co-PET的PCO2PR和PCOPR分别减少了66.3%、76.7%。PNM的IFR系统的性能优于NM和PBTCM。PNM内部的协同阻燃机制能够快速促进致密膨胀炭层的形成,达到了共聚酯复合材料的阻燃目的。同时又对其机械性能不产生严重影响。
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