聚合型含氧支链磷杂菲阻燃剂对VER和PLA阻燃性能的影响

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乙烯基酯树脂(VER)与聚乳酸(PLA)是生活中应用较为广泛的树脂,但这两种树脂均因易燃等缺点而限制了这些树脂的其它重要应用领域。因此,提高VER和PLA的阻燃性具有十分重要的意义。本文主要是使用聚磷酸酯阻燃剂MODOP与聚磷酸铵(APP)或者蒙脱土(MMT)分别加入VER和PLA基体中进行阻燃改性研究。内容如下:利用MODOP复配APP或者MMT填充在VER中,从而实现对VER的阻燃改性。极限氧指数(LOI)和垂直燃烧等级(UL-94)及热重(TG)结果显示,由于MODOP、MODOP/APP和MODOP/MMT的加入,VER材料的阻燃性能相比于纯VER的有明显的提高。但对比三个阻燃体系可看出,MODOP适合直接加入VER中以提高VER材料的阻燃性能。其中,20%MODOP/VER的LOI值为23.5%,其UL-94等级也达V-1等级。MODOP复配APP或者MMT加入VER中,促进VER材料的成炭,在700℃下,20%MODOP/APP/VER、20%MODOP/MMT/VER的残炭量分别比20%MODOP/VER体系的提高了54%和52.9%,有效地提高VER材料的热稳定性。以MODOP及MODOP复配APP或者MMT对PLA进行阻燃改性研究。实验结果表明,与纯PLA材料相比,MODOP及MODOP复配APP或者MMT均能改善PLA复合材料的阻燃性。但对比这三个阻燃体系,MODOP复配MMT更能够改善PLA材料的阻燃性,1.9%MODOP/MMT/PLA的LOI值为28.5%,UL-94达V-0等级。锥形量热(CONE)测试结果说明:MODOP及其MODOP复配APP或者MMT有效的降低了PLA材料的Pk-HRR、THR和TSP,有效地提高了PLA材料防火安全性。由扫描电镜(SEM)分析结果可知,MODOP复配MMT使MODOP在PLA中分散更加均匀。通过拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和热重-红外(TG-FTIR)研究表明,MODOP与APP在PLA基体中,通过APP充当气源和酸源,并于MODOP共同发挥协同阻燃作用。而MODOP与MMT复配产生协同效应使MODOP在基体材料中分散性更佳,MODOP受热分解产生偏磷酸等物质使PLA材料交联成炭在燃烧表面形成一层致密的碳层,通过形成石墨化程度较高的炭层阻止PLA基体中热量和易燃气体的传递与交换,从而使PLA材料的阻燃性能提高,充分发挥复合材料的气相和凝聚相阻燃作用。综上所述,MODOP在PLA中的阻燃效果比在VER中更好。MODOP及MODOP复配MMT体系对PLA材料的阻燃效果更好,1.9%MODOP/PLA和1.9%MODOP/MMT/PLA体系的LOI值分别由原来纯PLA的15.4%增加至26.6%和28.5%,UL-94等级由纯PLA的无等级提升至V-0级。于此同时,MODOP及MODOP/MMT添加在PLA材料中有效提高了PLA材料的抑烟性能,通过增加熔滴的产生使PLA材料在燃烧时达到自熄灭的效果,再通过生成高质量的石墨化碳层,进一步提高PLA材料的阻燃性能。
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