聚磷酸铵的疏水改性及其阻燃性能应用研究

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随着高分子聚合物材料的广泛应用,阻燃剂的使用量在日益增加。聚磷酸铵(APP)是一种磷和氮元素含量较高的物质,可作为膨胀型阻燃剂的基础材料,具有热稳定性好、水溶性低、阻燃效能持久、燃烧时的生烟量低、不产生有毒气体等优点。但是 APP的吸湿性和强的极性限制了它的应用。  采用甲基含氢硅油,气相疏水白炭黑对 APP进行疏水改性,制备出疏水的聚磷酸铵(GAPP),改性的方法简单,分布均匀。在其具有阻燃的基础上将GAPP与淀粉、三聚氰胺复配为膨胀型阻燃剂。将膨胀型阻燃剂添加到聚丙烯(PP)中,制备成阻燃的聚合物材料。运用扫描电镜、静态接触角、极限氧指数、万能材料试验机、冲击试验机对GAPP和阻燃复合材料进行表征和分析,并且对其热分解动力学进行研究。  结果表明:探索甲基含氢硅油,气相疏水白炭黑因素对 APP改性影响的研究,得出其各影响因素的最佳添加量为:活性白土添加量为2%,甲基含氢硅油添加量为2.5%,气相疏水白炭黑添加量为1.5%时,制备出疏水保持率为90%以上的GAPP,经扫描电镜(SEM)分析和红外光谱分析(FTIR)表明:APP的表面被甲基含氢硅油和气相疏水白炭黑所包覆。通过静态接触角对 GAPP进行润湿性能的测试,发现其接触角达到140.69°,比APP增大了约120°,说明GAPP较未改性的APP具有良好的疏水性能。  通过极限氧指数测试和机械性能分析结果表明:膨胀型阻燃剂的最佳配比为APP/GAPP85.71g,淀粉3.06g,三聚氰胺9.18g,高岭土3.76g抗氧化剂3.04g。阻燃PP材料的氧指数为29%,达到阻燃级别。纯 PP材料的机械性能最好。分别添加 APP和GAPP,GAPP的抗拉强度、扯断伸长率、冲击强度都略好于未改性的。分别由APP和GAPP复配成阻燃材料,与纯 PP相比,两者抗拉强度、扯断伸长率、冲击强度较都会大幅度下降,但两者力学性能相差不大。  利用Kissinger法和Ozawa法来计算PP、PP/APP、PP/GAPP以及PP/淀粉/三聚氰胺材料的热解动力学参数。对材料的热分解行为进行模拟,两种方法计算材料活化能基本一致。添加无卤膨胀型阻燃剂后,活化能明显提高。在分解阶段,GAPP与淀粉、三聚氰胺有良好的复配效果,能有效的形成海绵状的炭层,更好的阻止聚合物进一步降解释放可燃性气体,使得反应延缓,损失速率变慢,说明无卤膨胀型阻燃剂对PP的热分解起到一定的抑制作用。
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