聚丙烯腈是一种乙烯基聚合物,属于丙烯酸家族的衍生物。在纺织领域中,聚丙烯腈主要用于生产腈纶纤维,是一种含有乙烯单体的共聚物,与羊毛具有相似的特性。因此,丙烯腈最常见的用途是作为羊毛的替代纤维,制作针织服装、袜子和毛衣等。由于其非常高的燃烧放热量以及在空气中较快的燃烧速率,聚丙烯腈类产品属于易燃品。如上所述,聚丙烯腈纤维被广泛用于家用纺织品以及针织和成衣中。由于这些应用领域对阻燃性能不断增长的要求,在工业生产中迫切需要改善和提高聚丙烯腈纤维的阻燃性能。目前国内外的研究发展趋势是开发新型环保含磷阻燃剂,这种阻燃剂即可以作用于气相也可作用于凝聚相。最近的研究结果表明:含磷化合物,尤其是聚磷酸铵,作为聚丙烯腈阻燃剂,取得了令人鼓舞的成果。聚磷酸铵具有较高的含磷量,在高温下的分解产物是一种高效的炭化催化剂,但其高水溶性阻碍了它在工业生产中的应用。在此毕业论文中,为了着重解决这一问题,本研究采用了一种新的带有三聚氰胺涂层的聚磷酸铵。众多研究表明当含氮化合物,如尿素、三聚氰胺和尿囊素,在和含磷化合物共同应用于纤维素阻燃整理时,可以极大地提高含磷化合物的阻燃效果。然而,对于磷、氮在聚丙烯腈中的协同效应只有极少数的研究。因此,本文中我们还对磷-氮组合对聚丙烯腈聚合物的阻燃协同作用进行了研究。为了快速评估聚丙烯腈聚合物的燃烧性能,在毕业论文中开发了一种快速制备PAN薄膜样品的方法。制备过程与聚丙烯腈纤维的湿法纺丝工艺很相似,具体如下:阻燃剂在二甲基甲酰胺中通过机械搅拌被分散,然后将聚丙烯腈粉末添加入分散液并混合均匀;然后,将混合物在80℃的温度条件下加热5分钟,以获得均匀糊状物。随后通过将埃里克森机制备的薄膜(20-80微米)置于烤箱中,并在40℃的条件下加热12个小时以去除二甲基甲酰胺。在此毕业论文中,通过以上制备样品的方法,选择了四种不同类型的聚磷酸铵,即:8um聚磷酸铵(APP),4um小粒径聚磷酸铵(APPSS),18um带有三氯氰胺涂层的聚磷酸铵(APPCM),7.5um小粒径带有三聚氰胺涂层的聚磷酸铵(APPCMSS),作为阻燃剂加入聚丙烯腈聚合物中制成薄膜。通过极限氧指数测试、Bunsen burner火焰测试以及TGA和PCFC热分解分析测试,对这些阻燃剂的防火效果进行了评估。极限氧指数和火焰测试结果表明所有的经聚磷酸铵处理过的薄膜都表现出良好的防火性能。当助燃剂在薄膜中的重量百分比达到25%时,所有的聚丙烯腈薄膜都可在空气中自熄。聚丙烯腈薄膜的TGA和PCFC热分析测试结果表明,在PAN热分解的第一阶段,聚磷酸铵可以显著提高聚丙烯腈的热稳定性。稍后的热分解动力学的研究结果也证实这一结论。极限氧指数、热重分析和燃烧总释热量表明水处理对经聚磷酸铵处理的聚丙烯腈薄膜的阻燃性能只有微弱的影响。极限氧指数揭示了在聚丙烯腈阻燃系统中,尿素与聚磷酸铵的组合具有显著的阻燃协同效应。