分子筛/受阻胺对膨胀阻燃聚丙烯的协同阻燃作用

采用热失重、极限氧指数、锥形量热研究了以受阻胺(NOR116)和分子筛为协效剂,与聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)在聚丙烯基体中的热降解行为及协同阻燃性;并用拉曼光谱和扫描电镜分析了残炭的结构和形貌,进一步研究了其协同阻燃机理。结果表明,NOR116/分子筛协效阻燃体系可明显提高极限氧指数并改善燃烧时熔滴缺陷,显著降低热释放速率、烟释放速率;NOR116可有效提高PP的初始分解温度及最大分解速率温度,使膨胀阻燃体系后期的交联成炭及气体释放更加匹配;在燃烧过程中分子筛与膨胀阻燃体系形成了Si-P-Al-C的结构,可有效稳定炭层;拉曼光谱及扫描电镜结果表明,NOR116和分子筛可促进膨胀阻燃体系形成致密且高石墨化程度的炭层,有效阻隔了氧气的进入及热的反馈。     

两种马来酸酐接枝物对膨胀阻燃聚丙烯增韧共混复合体系性能的影响

用膨胀型阻燃剂(IFR)和乙烯辛烯共聚物(POE)对聚丙烯(i PP)进行阻燃和增韧改性,比较研究了两种典型增容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)和乙烯辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MAH)对膨胀阻燃增韧共混复合体系阻燃性能以及力学性能的影响。结果表明:IFR可提高聚丙烯共混物的燃烧性能,但是明显降低材料的力学性能,而增容剂的加入可同时提高复合材料的燃烧性能和力学性能。PP-g-MAH使IFR的分散更均匀,添加1%(质量分数,下同)的PP-g-MAH使复合材料的平均热释放速率、热释放速率峰值、比消光面积平均值以及烟释放总量比未添加增容剂的阻燃材料分别下降24%、30%、56%和46%;而POE-g-MAH能使复合材料形成包覆结构,使其冲击强度明显提高,加入5%的POE-g-MAH可使复合材料冲击强度提高93%。     

含硅阻燃剂与膨胀型阻燃剂的协同阻燃性

采用测量极限氧指数(LOI)和锥形量热仪动态燃烧两种方法评价了含硅阻燃剂(SFR-H)与高聚磷酸铵/三聚氰胺氰尿酸盐(APP/MCA)膨胀阻燃体系在聚乙烯基体中的协同阻燃性,并通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(WAXD)和扫描电镜(SEM)分析炭层结构和成分来研究其协同阻燃机理。研究表明,SFR-H/APP/MCA协同阻燃体系可明显提高聚乙烯的LOI值和降低燃烧热释放速率,具有较好的协同阻燃性,两者在燃烧过程中一起热氧化分解,形成陶瓷状含硅、硼、磷元素的化合物,对表面膨胀炭层起着增强作用,同时也提高了膨胀炭层的热氧稳定性和阻隔性能,从而提高了阻燃效果。     

新型无卤膨胀阻燃聚丙烯的制备及阻燃性能

利用有机杂环磷酸酯1, 2, 3-三(5, 5-二甲基-1, 3-二氧杂环己内磷酸酯基)苯(FR)、聚磷酸铵(APP)和三聚氰胺(MEL)制备新型无卤三源膨胀阻燃聚丙烯(IFR/PP)材料, 通过极限氧指数(LOI)、水平燃烧(UL-94)、热重分析法(TGA)、锥形量热(cone)等方法研究了IFR对聚丙烯阻燃性能影响。结果表明: 当IFR总添加质量分数为30%(FR∶APP∶MEL质量比为4∶8∶3), 阻燃IFR/PP的LOI 达到36.2%, 其热释放速率峰值(pk-HRR)、热释放速率平均值(av-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)、质量损失速率平均值(av-MLR)及一氧化碳释放率平均值(av-CO)相对未阻燃PP分别降低75.9%、71.7%、76.4%、74.6%、58.3%和50.0%, 300 s时CO释放量接近0, 呈现出良好的阻燃、抑烟和抑毒性能; SEM研究表明, IFR催化PP在燃烧初期形成了致密、坚硬的优质炭层。     

氯化亚锡对阻燃体系复合酚醛泡沫性能的影响

以多聚磷酸铵、季戊四醇、氯化亚锡为原料组成膨胀型阻燃系统,研究氯化亚锡添加量对膨胀型阻燃系统复合酚醛泡沫的极限氧指数、燃烧热量释放速率、燃烧总热释放量、有效燃烧热量、耗氧量、烟气释放、有毒气体释放等的影响。研究结果表明阻燃体系复合泡沫的极限氧指数在72.8%~74.5%之间,展现出良好的阻燃性,阻燃体系对酚醛泡沫的阻燃符合气相阻燃的机理,并且在氯化亚锡添加量为1.5%时,阻燃体系复合泡沫的阻燃性能最优。     

环状磷腈/聚磷酸铵/三聚氰胺膨胀阻燃环氧树脂研究

本文以DOPO衍生物六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷腈(DOPOMPC)、聚磷酸铵(APP)以及三聚氰胺(MEL)形成复配膨胀体系(IFR)阻燃环氧树脂.采用极限氧指数(LOI)、水平、垂直燃烧(UL-94)方法研究了IFR体系对环氧树脂体系阻燃性能影响,通过锥形量热(CONE)研究了体系燃烧特性,通过扫描电子显微镜(SEM)对体系成炭情况进行观察.结果表明,IFR膨胀阻燃体系对环氧树脂具有良好的协同阻燃作用,其中8%DOPOMPC/8%APP/4%MEL(EP3)体系LOI值较纯EP(EP0)提高37.8%;各项燃烧参数也得到了改善,热释放速率峰值(pk-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)及一氧化碳释放速率平均值(av-CO)相对于10%DOPOMPC/10%APP/EP(EP1)分别降低了53.8%、84.4%、57.7%和75.8%;拉伸强度、弯曲强度和冲击强度较EP1分别提高了1.3倍、79.4%和2.5倍;宏观拍摄和扫描电镜结果表明EP3膨胀炭层连续、均匀、致密,阻燃效果良好.     

白度化包裹红磷/膨胀型阻燃剂协效阻燃ABS的研究

采用极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧UL-94测试、热重分析(TG)和锥形量热仪(CCT)测试研究了膨胀阻燃剂(IFR)/白度化包裹红磷(WMRP)对ABS复合材料的阻燃性能和热稳定性的影响。其中IFR是由硅包裹APP(SiMCAPP)和可膨胀石墨(EG)以质量比为1∶3的比例组成的。结果表明,固定IFR和WMRP总质量分数为15%时,当WMRP的添加量为3%(wt,质量分数,下同)时,阻燃ABS复合材料LOI值最大为30.2%,UL-94测试达到V-0级,阻燃材料在700℃的残炭率为23.7%。锥形量热仪实验表明,相对于纯ABS添加3%WMRP的复合材料其最大热释放速率降低至201.8KW/m~2,总的热释放速率降低至60.7MJ/m~2,总烟释放量降低了47.9%。研究结果显示WMRP与膨胀阻燃剂之间存在阻燃协效作用,加入适量的WMRP可以提高膨胀阻燃剂阻燃效果。     

DOPOMPC-APP-MWCNTs协同阻燃环氧树脂的制备

将无卤膨胀阻燃剂六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷腈(DOPOMPC)、聚磷酸铵(APP)及多壁碳纳米管(MWCNTs)复配后加入环氧树脂(EP)中,制备出新型阻燃复合材料DOPOMPC-APP-MWCNTs/EP。通过极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧和锥形量热法研究其阻燃性能。研究结果表明:MWCNTs的加入增强了膨胀阻燃体系的阻燃性能和力学性能,并在一定程度上改善了体系燃烧时的浓烟现象。当阻燃体系总质量分数为20%,MWCNTs质量分数为2%时,材料性能最优,其LOI达到36.8%,热释放速率峰值、有效燃烧热平均值、比消光面积平均值和CO释放率平均值与未阻燃EP相比分别下降了83.5%、31.5%、47.6%、50.0%,与DOPOMPCAPP/EP相比下降了83.5%、77.7%、83.7%、68.9%。SEM分析表明:添加MWCNTs后,燃烧炭层呈现出大面积交联网络状结构。     

膨胀阻燃天然橡胶的阻燃性能热稳定性燃烧行为及阻燃机理

分别以聚磷酸铵/季戊四醇（IFR）和可膨胀石墨（EG）为阻燃剂制备了阻燃天然橡胶（FRNR）,对比研究了2种膨胀阻燃剂对天然橡胶阻燃性能、力学性能、热稳定性、燃烧性能的影响,并探究了造成阻燃性能差异的机理。结果表明,EG在天然橡胶中表现出更佳的阻燃效果,添加40%（质量分数）IFR的FRNR的LOI值为26.2,UL-94为Ⅴ-0级;而添加20%（质量分数）EG后,FRNR的LOI值已达到28.4,UL-94为Ⅴ-0级;IFR和EG的添加会严重恶化天然橡胶的力学性能;锥形量热的测试结果表明,EG的添加能更有效降低天然橡胶的热释放速率、总热释放量和烟气生成量,添加20%EG的FRNR的主要燃烧性能参数已优于含40%IFR的FRNR,添加40%EG的FRNR的主要燃烧性参数大幅度改善,其中热释放速率峰值由795 kW/m²降低至211 kW/m²,600 s时的总热释放量和总生烟量由116.3 MJ/m²和46.7 m²下降到35.6 MJ/m²和2.6 m²...     

纳米协同膨胀阻燃聚丙烯增韧共混物的阻燃组分配比研究

选用有机蒙脱土(OMMT)作为膨胀型阻燃剂(IFR)的协效剂,对聚丙烯/乙烯辛烯共聚物增韧共混体系(iPP/POE)进行阻燃改性,制备了iPP/POE/IFR/OMMT复合材料。利用氧指数仪、垂直燃烧测试、锥型量热仪、热失重分析和力学性能测试对材料的性能进行表征,系统研究了OMMT与IFR的配比对膨胀阻燃增韧共混体系阻燃性能及力学性能的影响。结果表明,OMMT的加入可催化材料的成炭过程,复合材料的燃烧性能得到明显提升,燃烧过程中熔融滴落的现象得到改善,同时热量以及有毒烟气释放量显著降低,而复合冲击强度也有一定提升。其中综合性能最优的配比是添加2%(质量分数)的OMMT和23%(质量分数)的IFR,其热释放速率峰值、平均热释放速率、平均质量损失速率以及生烟量较iPP/IFR/POE分别降低了28%、20%、17%以及95%,而冲击强度则提高了36%。研究结果为聚烯烃共混物阻燃改性的应用提供了指导。     

用CONE/TG研究含淀粉膨胀阻燃聚丙烯体系的阻燃和烟释放

利用锥形量热仪（ＣＯＮＥ）在５０ｋＷ／ｍ＾２热辐照条件下,并配合ＴＧ和极限氧指数（ＬＯＩ）对含淀粉膨胀阻燃聚丙烯（ＰＰ）体系的阻燃和烟释放进行了研究,通过对获得的最大热释放速率（ｐｋ－ＨＲＲ）,总烟释放量（ＴＳＰ）、平均比消光面积（ａｖ－ＳＥＡ）及质量损失速度燃烧热（ａｖ－ＥＨＣ）、最大烟产生速率（ｐｋ－ＳＰＲ）、总烟释放量（ＴＳＰ）、平均比消光面积（ａｖ－ＳＥＡ）及质量损失速度（ＭＬＲ）等参数和     

Combination effect of carbon nanotubes with graphene on intumescent flame-retardant polypropylene nanocomposites

A novel polypropylene (PP) nanocomposite was fabricated by the incorporation of intumescent flame retardant (IFR), carbon nanotubes (CNTs) and graphene into the PP matrix. Results from TEM indicate that IFR, CNTs and exfoliated graphene nanosheets are dispersed finely in the PP matrix, which is supported by the XRD analysis results. Thermogravimetric (TGA) results show that the addition of IFR, CNTs and graphene improved the thermal stability and the char yields of PP. The PP/IFR/CNTs/RGO nanocomposites, filled with 18 wt% IFR, 1 wt% CNTs and 1 wt% graphene, achieve the limiting oxygen index value of 31.4% and UL-94 V0 grade. Cone calorimeter data reveal that combustion behavior, heat release rate peak (PHRR) and average specific extinction area (ASEA) of PP decrease substantially when combination effects of IFR, CNTs and graphene intervene. For the PP/IFR/CNTs/RGO nanocomposites, the PHRR exhibits an 83% reduction and the time of ignition is delayed 40 s compared with neat PP.     

Effect of flame retardants on flame retardant,mechanical, and thermal properties of sisal fiber/polypropylene composites

A flame retardant efficiency of flame retardants; ammonium polyphosphate (APP), magnesium hydroxide (Mg(OH)₂), zinc borate (Zb), and combination of APP with Mg(OH)₂ and Zb in sisal fiber/polypropylene (PP) composites was investigated using a horizontal burning test and a vertical burning test. In addition, maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) was used as a compatibilizer to enhance the compatibility in the system; i.e. PP-fiber and PP-flame retardants. Thermal, mechanical, and morphological properties of the PP composites were also studied. Adding the flame retardants resulted in improved flame retardancy and thermal stability of the PP composites without deterioration of their mechanical properties. APP and combination of APP with Zb effectively enhanced flame retardancy of the PP composites. No synergistic effect was observed when APP was used in combination with Mg(OH)₂. SEM micrographs of PP composites revealed good distribution of flame retardants in PP matrix and good adhesion between sisal fiber and PP matrix.     

Effects of carbon nanotubes and its functionalization on the thermal and flammability properties of polypropylene/wood flour composites

In this article, pristine carbon nanotubes (CNTs) and hydroxylated CNTs (CNT-OH) were employed to enhance the thermal stability and flame retardancy of polypropylene (PP)/wood flour composites (WPC) compatibilzed by maleic anhydride-grafted polypropylene (PP-g-MA). Incorporating 10 wt% PP-g-MA only enhanced the mechanical and thermal properties to some extent, but did not improve the flame retardancy of WPC. Thermogravimetric analysis (TGA) showed that the thermal stability of WPC was further increased with the addition of CNTs or CNT-OH and the increase of their loading level. Cone calorimeter measurements suggested that CNTs and CNT-OH could effectively reduce the peak heat release rate (PHRR) of WPC, and the flame retardancy properties reached the optimum value when both of their loading was 1.0 wt%, for instance, a reduction in PHRR by 16.7% and 25% for CNTs and CNT-OH, respectively. In addition, CNT-OH conferred better flame retardancy on WPC relative to pristine CNTs due to the better interfacial adhesion with wood flour and PP matrix, which was evidenced by scanning electron microscopy (SEM) observations.     

MCA-MMT的制备及其对玻璃纤维增强聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

为了提高玻璃纤维(GF)增强聚丙烯(PP)复合材料(GF/PP)的阻燃性能,通过在蒙脱土(MMT)悬浮液中进行三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)分子自组装制备了新型协效成炭剂MCA-MMT,并采用FTIR、XRD、SEM和TGA对MCA-MMT的结构及热性能进行了表征;将MCA-MMT、无卤膨胀型阻燃剂与GF/PP熔融共混制备了阻燃复合材料MCA-MMT/(GF/PP),通过极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧试验和锥形量热测试研究了MCAMMT对GF/PP的阻燃效果和阻燃机制,并测试了复合材料的力学性能。结果表明:MMT的加入会影响氰尿酸和三聚氰胺在MCA合成过程中的氢键作用,干扰和抑制大平面氢键网络的形成,减少MCA氢键复合体的分子体积,使颗粒变小。MCA-MMT/(GF/PP)的UL-94防火等级达到V-0级,LOI为31.3%。MCA-MMT的阻燃效率高于传统MCA的,可降低材料燃烧的热释放程度和总烟释放量,使复合材料的阻燃性能提高,其阻燃机制为片层结构的MMT可提高MCA的成炭量,使MCA-MMT/(GF/PP)燃烧后能形成致密的残留炭层。MCA-MMT/(GF/PP)的拉伸、冲击强度与MCA/(GF/PP)的相比并未下降。     

有机硅/可膨胀石墨复合阻燃PP/TPU共混物的研究

为分析有机硅(Si)/可膨胀石墨(EG)对聚丙烯/热塑性聚氨酯/(PP/TPU)共混物性能的影响,通过差示扫描量热(DSC)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TGA)、锥形量热仪(CONE)等表征方法对复合材料体系的结晶行为、热稳定性能、燃烧行为及残炭形貌特征进行了研究.结果表明:EG是一种有效的阻燃剂,能显著提高材料的阻燃性能;Si的存在对PP/TPU/EG复合材料有促进结晶作用,熔点增加,耐热性能得以提高,但Si的添加对复合材料体系的阻燃性能有一定的抑制作用,表明Si与EG复配在阻燃PP/TPU共混物时在阻燃效果上具有反协同效应.     

六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈的制备及其在膨胀阻燃聚丙烯中的应用

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛及γ-氨丙基硅烷三醇(KH553)为反应原料,合成了具有席夫碱结构的有机硅型成炭剂六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈(HKHPCP)。以HKHPCP与聚磷酸铵(APP)的复配物为抗熔滴剂,以N-烷氧基受阻胺(NOR116)为阻燃协效剂,通过熔融共混技术制备了膨胀阻燃聚丙烯(PP)基复合材料(APP-HKHPCP-NOR116/PP)。利用FTIR、核磁共振(1 H和31P NMR)对HKHPCP的化学结构进行了表征。采用热失重、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热、拉曼光谱和SEM研究了阻燃体系的热降解行为、阻燃性能及炭层的石墨化程度和致密性。HKHPCP的热失重结果表明,其在氧气氛围下的初始分解温度为300.2℃,1 000℃时残余率为34.8%。当添加总量为30wt%的阻燃剂时,APP-HKHPCP-NOR116/PP复合材料的极限氧指数(LOI)达到43%,且能通过UL-94V-0级,其热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)及烟释放速率(SPR)、总烟释放量(TSP)相比于纯PP分别降低了75.0%、50.5%和88.0%、80.8%,表现出显著的隔热、抑烟性能。APPHKHPCP-NOR116/PP复合材料燃烧后形成了高石墨化、致密的炭层。     

苯甲酸功能化石墨烯-Al(OH)3协同阻燃聚丙烯

以氧化石墨（GO）为原料,制备了苯甲酸功能化石墨烯（BFG）,采用IR和XRD对BFG结构进行了表征。再将BFG作为阻燃协效剂添加到Al（OH）₃/聚丙烯（PP）中,研究不同质量比的BFG与Al（OH）₃对PP材料阻燃和力学性能的影响。通过对阻燃BFG-Al（OH）₃/PP复合材料进行极限氧指数（LOI）测试、热失重分析、锥形量热分析、拉伸测试及残炭SEM分析,考察BFG-Al（OH）₃/PP复合材料的阻燃性能和力学性能。研究结果表明,与其他阻燃PP相比,1.5wt% BFG-38.5wt% Al（OH）₃/PP的阻燃和力学性能最佳,LOI可达到24.6%,拉伸强度为20.64 MPa,且其热释放速率峰值和总热释放量比纯PP分别降低了51.5%和18.6%。     

Effect of flame retardants on mechanical properties,flammability and foamability of PP/wood–fiber composites

The mechanical properties, flame retardancy, thermal degradation and foaming properties of wood–fiber/PP composites have been investigated. Ammonium polyphosphate (APP) and silica were used as flame retardants. The limiting oxygen index (LOI), thermal gravimetric analysis (TGA) and cone colorimeter (CONE) were employed for the study of fire retardance. At the same time, wood–fiber/PP composite foams were produced with the batch foaming technique using CO₂ as blowing agent. The effects of APP and silica content, pressure and temperature on the final cell structure were investigated. According to LOI, TGA and cone calorimeter results obtained from the experiments, APP and silica are effective flame retardants for wood–fiber/PP composites, and silica was shown to have a flame retardant synergistic effect with APP in wood–fiber/PP composite. The mechanical properties of the composites decreased with addition of flame retardants, except for the tensile strength of small amount of silica filled wood–fiber/PP composite. The results also revealed that the cellular morphologies of the foamed wood–fiber/PP composites are a strong function of the content of APP and silica as well as foaming conditions.