SEBS/PP-g-MMA/PP/PEPAP阻燃材料的制备与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lily009009
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随着社会的发展,膨胀型阻燃剂具有低烟、无毒、无熔融滴落和阻燃效率高等优点,具有广阔的发展前景,必然会成为未来无卤阻燃聚合物材料发展的方向。而磷腈类衍生物是一类具有磷、氮元素的含量高,阻燃性能优异的新型高效阻燃剂,成为人们研究的热点;基于此,本论文合成一种新型磷腈衍生物阻燃剂(PEPAP)—六(1-氧代-1-磷杂-2,6,7-三氧杂二环[2,2,2]辛烷-4-亚甲基)环三磷腈;自制了聚丙烯(PP)接枝甲基丙烯酸甲酯(PP-g-MMA);对苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)进行改性;研究了SEBS/PP-g-MMA/PP/PEPAP体系的阻燃性能、力学性能及介电性能,为制备高效阻燃聚合物材料打下良好基础。本文首先以季戌四醇和三氯氧磷为原料合成季戊四醇磷酸酯(PEPA),研究了反应温度、反应时间对PEPA产率的影响,并用红外光谱法表征了PEPA的结构;然后以季戊四醇磷酸酯(PEPA)和六氯环三磷腈(HCCP)为原料合成一种磷腈衍生物阻燃剂PEPAP,研究了反应温度、反应时间和溶剂种类、纯度对合成PEPAP产率的影响,并用红外光谱法表征了PEPAP的结构及考察了其热稳定性。结果表明:合成PEPA的最佳反应温度为90℃,反应时间为7 h;合成PEPAP选择的溶剂为无水的乙腈,最佳反应温度为74℃,反应时间为12 h,热失重分析表明PEPAP在空气中有良好的稳定性及成炭能力。采用熔融法制备PP-g-MMA,通过正交设计研究了其最佳接枝条件,并用红外光谱法进行结构表征和接枝率计算。结果表明:最佳接枝条件是PP用量50 g、DCP用量为0.03 g、MMA用量3.2 ml、反应温度200℃、共混时间30 min,转速80 r/min。而红外光谱图中在1735 cm-1处有MMA的羰基特征吸收峰,表明MMA成功的接枝到了PP上。采用图像处理、图估计理论、分形理论对SEBS/PP的共混体系进行相形态参数分析,并与该体系拉伸强度和断裂伸长率之间的内在联系进行研究。结果表明:分散相粒径越小,分布散程度越小,互穿程度越小,拉伸强度和断裂伸长率就越小,当SEBS/PP=60/40(质量比),材料的力学性能最好,此时SEBS/PP的相形态为双连续相。在上述SEBS/PP最佳配比中添加不同用量和接枝率的PP-g-MMA,研究PP-g-MMA对SEBS/PP的力学性能、击穿场强、体积电阻率、熔体流动速率的影响。结果表明:随着加入PP-g-MMA接枝率以及用量的增大,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率、体积电阻率、特征击穿场强、熔体流动速率都呈现先增大后减小的规律;当PP-g-MMA的接枝率为11.77%且加入含量为8%时,拉伸强度和断裂伸长率达到最大,分别为33.48 MPa和1607.44%;体积电阻率达到最大值为1×1015Ω·m,特征击穿场强达到最大值为29.25 KV/mm,此时熔体流动速率为2.64 g/10min。将合成的PEPAP阻燃剂添加SEBS/PP/PP-g-MMA体系中,研究了PEPAP对SEBS/PP复合材料阻燃性能、力学性能、体积电阻率和炭层结构的影响。结果表明:随着PEPAP含量的增加,复合材料的氧指数不断增大,体积电阻率先增加后减小,拉伸强度和断裂伸长率有一定的减小,PEPAP有助于炭层形成;当PEPAP添加量为25wt%,复合材料氧指数达到29.6;垂直燃烧达到UL-94 V-2级;拉伸强度和断裂伸长率分别达到16.35 MPa和966.91%,体积电阻率达到3.25×1014Ω·m;此时,阻燃体系燃烧后形成良好致密的膨胀炭层。
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