三嗪成炭剂CFA的合成及其与聚磷酸铵APP1000协同阻燃PP

 

【摘要】：针对传统膨胀型阻燃体系中成炭剂——季戊四醇（PER）易吸湿、易迁移、热稳定性差等缺点，本文以三聚氯氰、乙二胺、γ-氨丙基三乙氧基硅烷等为原料，通过分子设计合成了两种新型三嗪成炭剂——乙醇胺代三嗪成炭剂（ETCA）和含硅三嗪成炭剂（SiTCA），并分别将其与聚磷酸铵（APP）复配组成新型膨胀型阻燃体系用于阻燃PP，制备了阻燃性能、热稳定性和耐水性能优良的阻燃PP材料。研究了APP/ETCA（APP/SiTCA）的质量比及用量对PP性能的影响，将其与传统膨胀型阻燃体系APP/PER进行了比较；并通过热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重-红外光谱联用（TG-FTIR）等手段对新型膨胀型阻燃体系的阻燃机理进行了探讨。主要研究内容和结果包括： 第一，将APP与PER复配阻燃PP，研究了APP/PER的质量比及用量对PP性能的影响。结果发现，APP/PER对PP具有良好的阻燃效果，但阻燃PP的抑烟性能、热稳定性能、力学性能和耐水性能仍有待提高。

 

当APP/PER质量比为2:1，总用量为25wt%时，阻燃PP的LOI为31.0%，通过UL-94V-0级；同时，材料的热释放速率峰值（pHRR）、平均热释放速率（av-HRR）和烟释放速率峰值（pSPR）较PP明显下降。但阻燃PP的总生烟量较PP提高了21.7%；起始分解温度（T_i）较PP提前了8.7℃；拉伸强度和冲击强度分别较PP下降了28.9%和6.7%。经70℃热水浸泡168h后，阻燃PP的LOI大幅下降，不能通过垂直燃烧测试。 第二，以三聚氯氰、乙醇胺、乙二胺等为原料，通过分子设计合成了热稳定性优良、成炭能力突出和水溶性较小的ETCA，并将其与APP复配阻燃PP。研究发现，APP/ETCA对PP有良好的阻燃抑烟作用，且阻燃材料具有优良的力学性能、热稳定性和耐水性能。当APP/ETCA质量比为2:1，总用量为20wt%时，阻燃PP的LOI为30.5%，通过UL-94V-0级。锥形量热分析表明，PP/APP/ETCA的pHRR、THR、pSPR、TSP和av-MLR较PP/APP/PER分别下降了56.1%、30.2%、64.6%、57.5%和59.6%。经70℃热水浸泡168h后，PP/APP/ETCA的LOI有所降低，但仍能通过UL-94V-0级。T

 

GA、FTIR、TG-FTIR等结果表明，APP/ETCA主要通过凝聚相发挥阻燃作用。

其阻燃机理为：当温度高于300℃时，APP和ETCA相继分解释放出磷酸和NH3等物质，随后体系发生酯化成炭反应并发泡，最终形成具有隔热隔氧作用的多孔膨胀炭层。 第三，为了进一步提高阻燃剂的成炭能力，在ETCA的基础上，采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷取代乙醇胺，合成了热稳定性优良、成炭能力突出和水溶性小的SiTCA，并将其与APP复配阻燃PP。结果发现，APP与SiTCA对PP具有明显的协同阻燃作用，且所制备的阻燃材料综合性能良好。当APP/SiTCA质量比为3:1，总用量为20wt%时，阻燃PP的LOI为31.5%，通过UL-94V-0级。锥形量热分析表明，PP/APP/SiTCA的pHRR、THR、pSPR、TSP和av-MLR均较PP/APP/PER明显下降。热重分析表明PP/APP/SiTCA在750℃时的残炭率高达11.5%，较PP/APP/ETCA提高了180.5%。经70℃热水浸泡168h后，PP/APP/SiTCA的LOI略有降低，但仍能通过UL-94V-0级。

文章来自尹昌宝