膨胀型阻燃剂(IFR)是一种低毒、低烟、无卤的环境友好型阻燃剂,是阻燃高分子材料领域的研究重点之一。但是当前市场上的IFR阻燃效率较低,只有在添加量大于25 wt%时才能发挥较好的阻燃效果。高的添加量不仅使材料的成本上升,而且会对其力学性能产生负面影响。因此,提高IFR的阻燃效率对阻燃材料的发展至关重要。引入协效剂是改善IFR阻燃效率的一种简单易行的方法,可以在不改变材料主体组分和加工工艺的条件下改善其综合性能。本文选用多金属氧酸盐(POMs)作为协效剂,研究其对聚磷酸铵/季戊四醇(APP/PER=3/1)构成的IFR在聚丙烯(PP)中的阻燃效率的影响,重点研究了POMs阴离子的影响,并对阻燃机理进行了分析。具体内容描述如下:1)制备了两种钴钨酸盐(Co Ws),其中+2价Co的钴钨酸咪唑盐记作Co W1,+3价Co的钴钨酸咪唑盐记作Co W2,对Co Ws的结构和性能进行了表征。将两者分别用于PP/IFR体系,通过熔融共混法制备了复合材料,对其阻燃性能进行系统研究。结果表明Co Ws对PP/IFR体系表现出良好的协同阻燃作用,当加入16 wt%IFR与1 wt%Co W1和Co W2后都通过了UL-94 V-0等级的测试,且LOI分别达到了28.0与27.5,而单独添加IFR需要25 wt%才能通过UL-94 V-0等级的测试。另外,当添加14 wt%IFR与1 wt%Co W1时,PP复合材料获得了UL-94 V-1等级,而添加等量Co W2的体系则无级别,说明Co W1与PP复合材料的协同作用更优。此外,Co Ws的含量对协同作用影响也比较大,只有添加适量的Co Ws时,才能够促进IFR在较低温度下分解,并促进体系在较高温下形成更多的残炭,提高阻燃效率。与其他的POMs相比,Co Ws本身颜色较浅,与PP/IFR复合后的材料颜色也比较浅,尤其在仅添加1 wt%时,基本上呈乳白色,为下游应用提供了更广阔的空间。2)制备了四种不同阴离子的POMs:钴钨酸盐(Co W1)、磷钼酸盐(PMo)、锗钨酸盐(Ge W)以及硼钨酸盐(BW),对其结构和物性进行了研究。将它们分别与PP/IFR进行混合,并对其阻燃性能进行了系统分析。结果发现,这四种POMs在PP/IFR系统中均存在一定协同阻燃作用,其中PMo的协同作用最佳,Co W与Ge W次之,BW的最差。当阻燃剂和协同剂的总量为17 wt%时,添加1 wt%的Co W、PMo、Ge W均能通过UL-94 V-0等级的测试,而添加BW的则无级别。3)对不同POMs与IFR在PP中的协同作用机理进行了探讨。研究发现,POMs能够改变IFR的热分解过程,使其在更低的温度下开始成炭反应,使得IFR在初期的酯化反应更加充分,含炭酯化物的比例提高,利于后期的成炭,且在高温下促进IFR的炭层稳定,产生更多的炭。其中Co W1、PMo的协同作用最好,Ge W次之,BW最差。此外,POMs不改变形成的炭层的化学结构,但是改变了炭层形成的时间,协同作用优异的POMs促进IFR形成具有延展性炭的时间与气流产生的时间相匹配,因而能够形成更优质的炭。协同作用较差的POMs虽然也能促进成炭,但是成炭时间与气流膨胀时间不匹配,造成炭层破裂,保护作用变差,结构受到破坏,成炭量低,阻燃性能变差。