PE聚乙烯膨胀型阻燃剂的合成与应用及阻燃机理研究

聚乙烯(PE)作为产量最大的通用塑料之一,其制品大量应用于电线电缆、电子电气设备、家装及汽车等行

业。但聚乙烯的氧指数很低,仅为17.4,本身属易燃材料,这极大地限制了PE更广泛的应用。 目前对PE的

阻燃主要采用卤系阻燃剂和无机金属氢氧化物,但卤素阻燃剂面临着巨大的环境压力,无机金属氢氧化物

也由于添加量过大而严重影响材料的物理机械性能。膨胀型阻燃剂则具有无卤、低毒、低烟等优点,而且

添加量小,是一种环境友好、高效的阻燃剂,正越来越受到人们的青睐。膨胀型阻燃剂主要通过受热分解

在表面生成多孔的膨胀炭层,起到隔绝热、氧及可燃性气体产物。 碳纳米管由于具有非极性,与聚烯烃有

较好的相容性,而不需要像蒙脱土那样进行有机改性。碳纳米管可看成是片状石墨烯卷成的圆筒,因此它

具有石墨的优良本征特性,如耐热、耐腐蚀、耐热冲击
2.膨胀型阻燃剂核—壳结构的设计、制备及其阻燃性能的研究
为解决膨胀型阻燃剂（IFR）在实际应用中存在的添加量相对较大、和聚合物相容性差、耐水性差、易团

聚、在聚合物制品中易渗出以及在加工过程中酸源与炭源易反应等问题,本论文将微胶囊概念和膨胀阻燃

技术相结合,选用适当的微胶囊技术与囊材对IFR组分之一聚磷酸铵（APP）进行包裹改性,制备核-壳结构

膨胀型阻燃剂,可有效减小阻燃剂吸湿性,增加与基体的相容性,明显提高阻燃复合材料耐水与阻燃性能。

本论文研究工作主要涉及以下几个方面:1.选用三聚氰胺-甲醛（MF）树脂为囊材,采用分段升温的新方法

,运用原位聚合微胶囊化技术,得到包裹完全、分散性更好的核-壳结构APP（MFAPP）。MFAPP的溶解度降

低,MFAPP颗粒相对APP而言具有更好的分散性与更小的粒径。微胶囊化可显著改善APP在聚丙烯（PP）中

的分散性以及PP/APP阻燃体系
3.含1，3，2
火灾每年给世界各国造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失，对易燃和可燃材料进行阻燃处理是防止和

减少火灾的战略性措施之一，阻燃剂及阻燃材料的研究、生产和应用是关系到“环境和人类”的重大举

措。 有机阻燃剂主要是卤系和磷系，卤系由于dioxin（裂解和燃烧产物毒性）问题，引起社会关注。磷

系阻燃剂近年来受到重视，特别是其中的膨胀型阻燃剂，由于具有低烟、低毒的优点，不含卤素和锑，

是阻燃剂无卤化的途径之一，前景看好。在含磷阻燃剂的研究开发中，这种集碳源、酸源和气源于一体

的膨胀型阻燃剂日益引起重视。我们采用Pudovik加成和成盐反应等方法引入集碳源和酸源于一体的1，3

，2-二氧磷杂环己烷结构，合成了三个系列共二十六个未见文献报导的化合物：（1）N，N’-对苯二胺

基-二苄基-α-氨基-5，5-二甲基-4-杂芳基-2-氧代-
4.无卤阻燃剂的制备及在热塑性高分子材料中的阻燃应用
本论文主要围绕无卤阻燃剂的制备以及其在热塑性高分子材料中的阻燃应用展开研究,具体内容如下:以

三聚氰胺与甲醛为原料,甲醇为阻聚剂,三乙醇胺为 pH值调节剂,合成出三聚氰胺甲醛树脂预聚体。以过

硫酸钾（KPS）为催化剂,采用原位聚合法制备了微胶囊红磷（MRP）。结果表明,KPS的加入有助于提高三

聚氰胺甲醛预聚体的反应活性,使三聚氰胺甲醛树脂有效地包覆在红磷（RP）表面,缩短了反应时间;且此

时制备的MRP包覆效果最佳,其氧化反应峰温为480℃,较RP原料高,可使用范围宽。采用熔融挤出法制备了

多组不同配方的聚丙烯（PP）复合材料。结果表明,当PP:MRP:氢氧化镁（MH）=100（phr）:15

（phr）:50（phr）时,复合材料的极限氧指数（LOI）为26%,垂直燃烧达到UL-94标准的V-0级,且阻燃剂

的加入对复合材
5.分子筛在膨胀型阻燃剂（IFR）体系中的应用—IFR
膨胀型无卤阻燃技术是聚合物阻燃领域新兴的研究热点。本文针对膨胀型阻燃剂(简称IFR)难于阻燃的

LDPE，研究了影响IFR-LDPE材料阻燃性能的各因素：酸源(APP)／炭源(季戊四醇PER或双季戊四醇DPER)

比例、分子筛ZEO的种类和用量。结合TGA-DTA对IFR和IFR-LDPE热降解行为的研究，探讨了LDPE、膨胀型

阻燃剂(APP／PER或APP／DPER)、ZEO三者之间相互作用的规律和机理；研究了IFR-LDPE的阻燃和热降解

性能的相互关系。首次采用 APP／DPER／ZEO对聚合物阻燃，并用混料设计建立了LOI指标与混料因子APP

、DPER、ZEO用量这四个变量的数学模型；得到适用于LDPE 的IFR最佳配方，使IFR-LDPE的极限氧指数

LOI达29.5。