Mg(OH)2-Al(OH)3-微胶囊红磷/高抗冲聚苯乙烯无卤阻燃复合材料

以氢氧化镁(MH)、氢氧化铝(ATH)和微胶囊红磷(MRP)为无卤阻燃剂,高抗冲聚苯乙烯(HIPS)树脂为聚合物基体,通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MH-ATH-MRP/HIPS复合材料.采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能.结果表明,阻燃剂用量相同时,在HIPS基体中同时引入MH和ATH得到的复合材料比单独加入MH或ATH得到的复合材料具有更好的阻燃性能.当MH-ATH/HIPS的质量比为70∶30∶100时,复合材料的水平燃烧级别达到FH-1级,氧指数为25.2％,但垂直燃烧无级别.在上述体系中加入极少量的MRP(占复合材料的质量分数为2.9％)就可使复合材料的火灾性能指数(FPI)提高85％,燃烧过程中热量释放和质量损失更慢、成炭能力明显增强,垂直燃烧级别达到FV-0级.当MH-ATH-MRP/HIPS的质量比为21∶9∶12∶100时,复合材料的各项阻燃性能达到最佳,可以大幅度减少阻燃剂的用量.MH、ATH和MRP对HIPS具有非常显著的协同阻燃作用.同时加入MH和ATH时不仅可以在更宽的温度范围内抑制HIPS的升温和分解,而且能够在更宽的温度范围内相继释放出水蒸气稀释氧气和可燃气体的浓度,从而起到协同阻燃作用.加入MRP后复合材料的成炭能力大大增强,进一步改善了凝聚相阻燃的效果,因此阻燃性能显著提高.     

MgO-微胶囊红磷/高抗冲聚苯乙烯复合材料的阻燃性能

通过熔融混合方法把MgO和（或）微胶囊红磷（MRP）加入高抗冲聚苯乙烯（HIPS）基体中制备了一系列不同组成的MgO-MRP/HIPS复合材料。采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热分析、TGA、SEM、XRD、FTIR等方法研究了复合材料的阻燃性能。结果表明,MgO和MRP单独使用时对HIPS的阻燃作用较小,但是当二者以适当比例共同使用时对HIPS有明显的协同阻燃作用。当MgO∶MRP∶HIPS的质量比为35∶15∶100时,复合材料的LOI为24.7%,UL-94级别达到V-0级,热释放速率和总热释放量显著降低,表现出良好的阻燃性能。MgO-MRP/HIPS复合材料在无氧条件下热分解时,MgO、MRP与HIPS之间无相互作用。但是,在空气中热分解或燃烧时,MgO和MRP均能够促进HIPS成炭。MgO-MRP/HIPS复合材料燃烧时能够在材料表面生成连续致密的炭层,起到防火屏障作用,提高材料的阻燃性能,燃烧残余物主要由结晶性MgO和含磷的无定形碳组成。此外,MgO-MRP/HIPS复合材料燃烧时MRP在气相也起到了一定的阻燃作用。     

高抗冲聚苯乙烯的无卤阻燃

采用熔融共混法制备出了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/高性能纳米氢氧化铝(nano-CG-ATH)/包覆红磷(ERP)/改性聚苯醚(MPPO)无卤阻燃复合材料,研究了nano-CG-ATH、ERP和MPPO对HIPS基复合材料阻燃性能、力学性能和热稳定性的影响;利用扫描电镜分析了HIPS基复合材料燃烧后的炭层形貌;利用傅里叶变换红外光谱分析了HIPS/nano-CGATH/ERP/MPPO(60/6/9/25)复合材料及其经不同温度热处理后残留物的结构。结果表明,nano-CG-ATH、ERP和MPPO之间有很好的协效阻燃效果,当nano-CG-ATH用量为6%(质量分数,下同),ERP用量为9%,MPPO用量为25%时,HIPS复合材料的极限氧指数达到27.5%,UL-94级别达到V-0级;该复合材料的拉伸强度达到30.04 MPa,弯曲模量达到2485.60 MPa;热分解后残留物质的量达到10.58%。但是该复合材料的冲击性能有待提高。     

微胶囊红磷和聚苯醚对高抗冲聚苯乙烯的协同阻燃作用

利用微胶囊红磷(MRP)和聚苯醚(PPO)来提高高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的阻燃性能,通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MRP-PPO/HIPS复合材料.采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能.研究表明,阻燃剂用量相同时,在HIPS基体中同时加入MRP和PPO得到的复合材料比单独加入MRP或PPO得到的复合材料具有更好的阻燃性能.当MRP-PPO/HIPS的质量比为10∶20∶70时,复合材料的氧指数为23.9％,水平燃烧级别达到FH-1级,垂直燃烧级别达到FV-0级,阻燃性能达到最佳.MRP用量过多时,复合材料的阻燃性能下降.研究认为,PPO和MRP对HIPS具有较强的协同阻燃作用.两者以适当比例并用时能够使复合材料在燃烧时的热释放速率和燃烧热大幅度减小,降低了气相燃烧区的温度,起到气相阻燃作用.同时,复合材料在热分解和燃烧时能够生成连续和致密的炭层,抑制了燃烧过程中的热量传递和物质交换,起到凝聚相阻燃作用.因此,复合材料的阻燃性能显著改善.     

微胶囊红磷和聚苯醚对高抗冲聚苯乙烯的协同阻燃作用

利用微胶囊红磷(MRP)和聚苯醚(PPO)来提高高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的阻燃性能, 通过熔融共混法制备了一系列不同组成的MRP-PPO/HIPS复合材料。采用水平燃烧、垂直燃烧、氧指数、锥形量热分析、高温热分解实验等方法研究了复合材料的阻燃性能。研究表明, 阻燃剂用量相同时, 在HIPS基体中同时加入MRP和PPO得到的复合材料比单独加入MRP或PPO得到的复合材料具有更好的阻燃性能。当MRP-PPO/HIPS的质量比为10:20:70时, 复合材料的氧指数为23.9%, 水平燃烧级别达到FH-1级, 垂直燃烧级别达到FV-0级, 阻燃性能达到最佳。MRP用量过多时, 复合材料的阻燃性能下降。研究认为, PPO和MRP对HIPS具有较强的协同阻燃作用。两者以适当比例并用时能够使复合材料在燃烧时的热释放速率和燃烧热大幅度减小, 降低了气相燃烧区的温度, 起到气相阻燃作用。同时, 复合材料在热分解和燃烧时能够生成连续和致密的炭层, 抑制了燃烧过程中的热量传递和物质交换, 起到凝聚相阻燃作用。因此, 复合材料的阻燃性能显著改善。     

Mg(OH)2/聚苯乙烯复合材料的阻燃机制

把Mg(OH)₂ (Magnesium hydroxide, MH) 在不同温度热处理不同时间, 得到一系列不同热分解状态的Mg(OH)₂ (Treated magnesium hydroxide, t-MH)。以MH和t-MH为无卤阻燃剂, 聚苯乙烯(PS)为基体, 采用熔体共混法制备了MH/PS和t-MH/PS复合材料。详细研究了MH热处理对t-MH/PS复合材料燃烧性能的影响, 并以此实验结果为基础提出了复合材料的阻燃机制模型。结果表明, 随着热处理温度升高、热处理时间延长, MH逐渐分解并转化成MgO。在相同条件下t-MH/PS复合材料的阻燃性能较MH/PS复合材料显著降低, 但是仍然比纯PS有明显提高。此外, MH热分解产生的MgO有促进PS成炭的作用。MH/PS复合材料的阻燃机制是以下几种因素协同作用的结果: (1)MH分解吸热的冷却降温作用;(2)MH热分解释放水蒸气的气相稀释作用;(3)MH热分解产物MgO的固相阻隔与防护作用;(4)MgO促进PS成炭阻燃作用。     

阻燃高抗冲聚苯乙烯的增韧研究

分别以SBS和EPDM为增韧剂,研究了它们对阻燃HIPS物理机械性能和阻燃性能的影响。结果表明,以SBS为增韧剂所得复合材料的综合性能优于以EPDM为增韧剂所得复合材料的综合性能;复合材料的冲击强度随SBS用量的增大而增大,当SBS用量为12%时,其冲击强度达到9kJ/m2左右,较未经增韧改性复合材料的冲击强度增加了7kJ/m2左右,并且SBS的加入不会对复合材料的阻燃性能产生不利影响。     

无卤阻燃高抗冲聚苯乙烯的阻燃性能研究

采用熔融共混法制备高抗冲聚苯乙烯(HIPS)/磷酸锆(OZrP)阻燃材料。利用热重分析(TGA)研究其热稳定性和成炭量。利用微燃烧量热分析(MCC)和锥形量热仪测试(CCT)测试其阻燃性能。结果表明:磷酸盐的加入,使得阻燃体系的成炭量有所增加,并且HIPS的热释放速率(HRR)和热释放容量(HRC)均有降低,相比纯HIPS,添加磷酸盐的HIPS材料热释放速度(HRR)上升较慢,这一结论与MCC、TGA的结果一致。可以看出,层状磷酸锆的加入,可显著改善HIPS基体的阻燃性能,降低其火灾危险性。     

Mg(OH)_2、Al(OH)_3的阻燃机理与性能研究

氢氧化铝和氢氧化镁是两种常用的无机阻燃材料。本文通过对氢氧化铝和氢氧化镁的热分析,研究了这两种材料的阻燃特性及机理,为阻燃材料进一步改良提供了一定的理论依据。     

Al(OH)3-磷杂化聚合物/聚苯乙烯复合材料的协同阻燃效应

采用二氯磷酸苯酯(PDCP)、乙二醇(EG)、甲醇为原料,经逐步聚合得到磷元素杂化聚合物(OPP),将OPP和氢氧化铝(ATH)与聚苯乙烯(PS)掺杂共混制备氢氧化铝-磷元素杂化聚合物/聚苯乙烯阻燃复合材料(ATH-OPP/PS)。利用FTIR、凝胶渗透色谱(GPC)表征OPP的结构及平均分子量,通过热重分析、极限氧指数(LOI)和微型量热仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)对复合材料及炭层进行分析,利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算ATH-OPP/PS的热降解活化能(Ea)。结果表明,ATH-OPP体系能协同提高复合材料的热稳定性和LOI,降低复合材料的总热释放量(THR)和热释放速率峰值(PHRR),Ea随降解转化率增大而增大。     

微胶囊Mg (OH)2的合成及其对乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的阻燃作用

用原位聚合方法合成了以微米Mg（OH）₂粒子为芯材、交联聚脲为壁材的微胶囊Mg（OH）₂（M-Mg（OH）₂）阻燃剂,并把M-Mg（OH）₂加入到乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）中,研究了M-Mg（OH）₂对EVA的阻燃作用。采用FTIR、SEM、热分析和酸滴定方法研究了M-Mg（OH）₂的性质,用极限氧指数（LOI）和垂直燃烧方法（UL-94）研究了M-Mg（OH）₂/EVA复合材料的阻燃性能以及酸腐蚀对M-Mg（OH）₂/EVA复合材料阻燃性能的影响。结果表明,采用原位聚合方法能够成功地在Mg（OH）₂粒子表面包覆交联聚脲壁材,得到M-Mg（OH）₂。与纯Mg（OH）₂相比,M-Mg（OH）₂的颗粒尺寸增大,热稳定性增加,在水中溶解度显著降低,在EVA基体中分散更加均匀。阻燃剂用量相同时,M-Mg（OH）₂/EVA复合材料的LOI总是比Mg（OH）₂/EVA复合材料的数值稍大。阻燃剂与EVA质量比小于135∶100时,两种复合材料的垂直燃烧级别均为V-2级,阻燃剂与EVA质量比在135∶100~150∶100之间时,前者的燃烧级别为V-0级,而后者只能达到V-2级,阻燃剂与EVA质量比超过150∶100时,两种复合材料都能达到V-0级。M-Mg（OH）₂/EVA复合材料的耐酸性比Mg（OH）₂/EVA大幅度提高,可以在酸性环境中使用。     

Mg(OH)2对苯并噁嗪环氧树脂复合材料阻燃性的影响

以Mg(OH)₂为无机阻燃剂,以苯并噁嗪(BZ)-环氧树脂(EP)为基体,通过热压成型制得Mg(OH)₂-玻纤布/BZ-EP层压板。通过垂直燃烧和极限氧指数测试层压板的阻燃性,分析了Mg(OH)₂粉体的用量、粒径及不同粒径粉体复合添加对复合材料阻燃性的影响,通过SEM对 Mg(OH)₂粉体在浸渍胶中的分散结构进行表征。研究发现: Mg(OH)₂粉体的粒径和用量对板材阻燃性有一定影响,不同粒径的粉体混合添加可以在复合材料中形成阻燃网络,达到最佳的阻燃效果,同时可以减小无机粒子对板材力学和电学性能的影响。当阻燃剂Mg(OH)₂用量为BZ-EP总质量的30wt%,粒径为2 μm的粉体(YX-105)和粒径为4 μm(YX-110)的粉体以质量比1:2复合添加时,所制层压板的极限氧指数为34%,垂直燃烧单个试样自熄时间最短为7.52 s,5个试样总自熄时间为49.81 s,达到UL-94V-0级标准。复合材料的弯曲强度为399.84 MPa,相对介电常数为3.848。     

Al(H2PO2)3/聚氨酯弹性体复合材料的制备及阻燃性能

采用熔融共混技术,将Al（H₂PO₂）₃引入聚氨酯热塑性弹性体,制备了一系列次磷酸铝/聚氨酯弹性体复合材料（Al（H₂PO₂）₃/TPU）。采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）、锥形量热测试、TG和SEM研究了Al（H₂PO₂）₃对Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料阻燃性能及热稳定性的影响,采用力学测试研究Al（H₂PO₂）₃对其力学性能的影响。阻燃测试表明,Al（H₂PO₂）₃可以有效提高Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料的阻燃性能。当Al（H₂PO₂）₃添加量为20wt%时,Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料UL-94级别达到V-0级,LOI达到30.5vol%。热重测试表明,Al（H₂PO₂）₃的加入会导致复合材料热分解温度降低,但其残炭率有明显升高。锥形量热测试表明,Al（H₂PO₂）₃的加入有效降低复合材料热释放速率峰值（pHRR）和总热释放（THR）,并明显提高其火灾安全性能,其中20wt% Al（H₂PO₂）₃/TPU的pHRR和THR相对纯TPU分别下降65.7%和20.2%。SEM表明,Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料炭渣致密性有明显提高。在此基础上,采用TGA-FTIR联用分析Al（H₂PO₂）₃/TPU复合材料阻燃机制,研究发现,Al（H₂PO₂）₃在燃烧过程中可以有效促进TPU裂解产物成炭,降低可燃性气体生成量,从而提高复合材料阻燃性能。     

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%。     

Mechanical properties and flame-retardant of PP/MRP/Mg(OH)2/Al(OH)3 composites

The flame retardant and mechanical properties of polypropylene (PP) composites filled with microencapsulated red phosphorus (MRP) and magnesium hydrate (Mg(OH)₂)/aluminum hydrate (Al(OH)₃) were measured. It was found that the synergistic effects between the MRP and Mg(OH)₂/Al(OH)₃ on the flame retardant and tensile properties of the composites were significant. The limit oxygen index and smoke density rank of the composites increased nonlinearly while the horizontal combustibility rate decreased nonlinearly with increasing the MRP weight fraction. The Young modulus and the tensile elongation at break increased while the tensile yield strength and tensile fracture strength decreased slightly with increasing the MRP weight fraction. Both the V-notched Izod and Charpy impact strength increased with increasing the MRP weight fraction. Moreover, the tensile yield strength of the composites estimated using an equation published previously was roughly close to the measured data.     

阻燃剂用超细氢氧化铝的制备、应用及展望

超细氢氧化铝具有阻燃、消烟、填充多种功能,是一种重要的无机环保型阻燃材料。超细氢氧化铝粉体不仅本身是一种功能材料,而且为新材料的开发提供了广阔的应用前景,在国民经济许多领域有着极其重要的作用。超细氢氧化铝阻燃和消烟机理是由于其受热后分解,放出结晶水,并吸收大量的热,分解生成的氧化铝与其它炭化物一起形成一道阻燃屏障。超细氢氧化铝制备方法分为机械法和化学法,但化学法制备的产品粒度细、分布均匀。本文中还对超细氢氧化铝阻燃剂的未来发展进行了展望。     

pH值对氢氧化镁晶体生长的影响

以氯化镁(分析纯)为原料,反向滴加到氨水中制备普通氢氧化镁,然后在200℃反应釜中对普通氢氧化镁进行水热改性.通过扫描电镜(SEM),X射线多晶衍射仪(XRD),全自动氮物理吸附仪(BET)和激光粒度仪等对样品进行表征分析,得到不同pH条件下晶体生长情况和产品收率.结果表明,常温沉淀过程中pH值为10.0时,产品收率高,粒径分布均匀,分散性好.并且分析了pH值对氢氧化镁晶体生长作用机理.