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膨胀型阻燃剂阻燃效果良好,且燃烧过程中不释放毒气,是近年来阻燃剂的研发热点。本文合成了胺取代三嗪衍生物及其磷酸盐,研究了对HDPE阻燃性能和力学性能的影响。具体内容如下:
本文以三聚氯氰、甲胺或二甲胺水溶液为原料,合成了2,4,6-三甲胺基-1,3,5-均三嗪(TMM)和2,4,6-三二甲胺基-1,3,5-均三嗪(HMM),产率分别为90.3%和93.5%,并用FT-IR和DSC进行了表征。研究了以多聚磷酸胺(APP)为酸源,季戊四醇(PER)为碳源,分别以三聚氰胺(MEL)、TMM和HMM为气源的膨胀型阻燃剂对HDPE性能的影响,用热重分析(TGA)、FT-IR和锥形量热进行分析并讨论了阻燃机理。结果表明,TMM既充当气源又参与成炭,阻燃效果优于MEL和HMM。
采用二次回归正交组合设计方法,研究了以TMM、APP和PER三个变量对HDPE阻燃性能的影响。得到三个变量的线性回归方程y=22.33+1.19x1+0.84x2+0.59x3+0.26x1x2+0.16x1x3-0.04x2x3+0.07x1-0.47x2-0.41x3,并验证了其在α=0.01水平的显著性。结果表明,APP对氧指数影响最大,PER次之,TMM最小。实验配方验证了回归方程具有预见性。
本文还以TMM和磷酸为原料合成了同时含有氮、磷元素的阻燃剂2,4,6-三甲胺基-1,3,5-均三嗪磷酸盐(TP),用FT-IR和TGA进行了结构和热性能的表征。添加30%TP使HDPE的氧指数提高至23.6%。燃烧时,TP分解产生水蒸气等不可燃气体,稀释周围空气中氧气的浓度,所生成的氮磷氧化物等覆盖在材料表面,起到隔热隔氧作用。TP与A1(OH)3)并用时,A1(OH)3分解出的水蒸气和Al2O3也能进一步起到气相和凝聚相阻燃作用,两者并用表现出阻燃协同效应。添加20%TP和40% A1(OH)3的HDPE氧指数为27.7%。锥形量热结果表明,添加10%TP和40% A1(OH)3可使最大热释放速率降低至366.4 KW/㎡,最大烟释放速率降低至0.032㎡/s,分别比纯HDPE降低了50.6%和70.9%。
20%TP和10%P/EVA并用使HDPE氧指数达到28.3%,最大热释放速率为450KW/㎡,比纯HDPE降低了39.3%,表明氮-磷具有良好的协同阻燃效应。