【摘 要】
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聚苯乙烯（PS）是一种应用广泛的聚合物,具有良好的加工性、透明性以及电绝缘性等优点,被广泛应用于汽车外壳、包装材料以及电子工业等领域,但PS极易燃烧,燃烧过程中产生的大量烟气与有毒气体会严重危害人们的生命安全。聚乳酸（PLA）作为一种性能优良的可生物降解性聚合物材料,因其良好的透明性和生物相容性等优点而得到了人们的广泛关注。然而,PLA易燃烧、热稳定性差等缺点限制了其在某些高安全标准领域的应用。因
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聚苯乙烯（PS）是一种应用广泛的聚合物,具有良好的加工性、透明性以及电绝缘性等优点,被广泛应用于汽车外壳、包装材料以及电子工业等领域,但PS极易燃烧,燃烧过程中产生的大量烟气与有毒气体会严重危害人们的生命安全。聚乳酸（PLA）作为一种性能优良的可生物降解性聚合物材料,因其良好的透明性和生物相容性等优点而得到了人们的广泛关注。然而,PLA易燃烧、热稳定性差等缺点限制了其在某些高安全标准领域的应用。因此,提高PS和PLA的阻燃性能具有重要意义。本工作基于PS和PLA的不同燃烧特性以及不同阻燃机理,设计了硼酸锌（ZB）协效新型膨胀阻燃体系、单组分超分子膨胀阻燃剂以及金属有机骨架（MOFs）协效膨胀阻燃体系,然后使用熔融共混法将其引入基体中以制备PS和PLA阻燃复合材料,在提高基体阻燃性能的同时兼顾其他性能,并研究了相应的阻燃机理,重要研究结果如下:1.基于离子交换反应合成了新型磷-氮-硫阻燃剂MAP,将MAP-聚磷酸铵（APP）-季戊四醇（PER）组成的新型膨胀型阻燃剂（N-IFR）与ZB复配后制备PS/N-IFR/ZB复合材料。实验结果表明:PS/22%N-IFR/1%ZB样品的极限氧指数（LOI）提高到27.7并通过垂直燃烧（UL-94）V-0等级,其峰值热释放速率（p HRR）、总热释放量（THR）和总烟释放量（TSP）分别下降了67.6%、11.8%和25.9%。ZB与N-IFR协同促进了高质量炭层的形成并有效抑制了PS基体的热释放与烟释放。2.基于上一章中MAP阻燃剂结构设计了单组分超分子膨胀型阻燃剂（IFR）,将MAP外层螯合Fe3+/Zn2+后得到MAP-Fe/MAP-Zn,通过将MAP/MAP-Fe/MAP-Zn与PLA熔融共混制备PLA阻燃复合材料,PLA/3%MAP-Zn的LOI增加至29.2,UL-94达到V-0等级,p HRR和THR分别降低了18.7%和10.5%。MAP-Zn主要促进了残炭中石墨碳的形成。此外,MAP-Zn对PLA力学性能的负面影响较小,PLA-3%MAP-Zn的拉伸强度从PLA的64.9 MPa略微降低至60.1 MPa,仍能够满足大多数实际应用的要求。3.通过席夫碱反应使用三羟甲基氨基甲烷与1,4-吡嗪二甲醛合成了新型有机配体,随后与Fe盐配位后得到同时含有席夫碱和多羟基结构的Fe-MOF阻燃协效剂。将Fe-MOF与IFR复配后用于PS的阻燃,添加20%IFR/2%Fe-MOF使PS通过UL-94 V-0等级,LOI提升至28.3。p HRR、THR和TSP分别降低了77.6%、35.2%和33.7%。Fe-MOF能够与IFR协效催化成炭,发挥凝聚相阻燃作用。另外,Fe-MOF中的有机配体与PS基体间具有良好的相容性,一定程度上缓解了IFR加入导致的力学性能的恶化。
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