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水滑石/锌类化合物复合改性聚氯乙烯的燃烧特性

作　者: 苏虎
导　师: 包永忠
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工艺
关键词: 聚氯乙烯水滑石氧化锌磷酸锌锡酸锌纳米复合材料锥形量热
分类号: TQ325.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 100次
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内容摘要

聚氯乙烯(PVC)具有阻燃、耐腐蚀、综合力学性能良好、价格低廉等特点,是应用最为广泛的塑料品种之一。但是,PVC也存在热稳定性能差,(强制)燃烧时生产的烟雾、热量和有毒物质量大等缺点,影响环境和人身安全。水滑石是一种新型的PVC阻燃抑烟剂,本文采用原位悬浮聚合方法制备了单一水滑石、水滑石/氧化锌、水滑石/磷酸锌和水滑石/锡酸锌复合改性的PVC树脂,采用锥形量热和烟密度分析方法,系统研究了无机阻燃抑烟体系组成、添加量等对改性PVC燃烧特性的影响,得到了燃烧烟密度明显降低的PVC材料。首先,建立了原位悬浮聚合制备颗粒形态良好、粒度适宜的聚氯乙烯/无机阻燃抑烟剂复合树脂的方法,通过透射电镜观察发现水滑石等无机粒子在PVC基体中分散良好。烟密度测试表明,分散尺寸小的水滑石能更有效起到降低PVC燃烧烟密度的作用,采用2#和3#水滑石改性的PVC在水滑石含量为1wt%(相对氯乙烯)时,相对空白PVC,燃烧最大烟密度分别下降56.9%和59.2%(无焰燃烧模式)。其次,采用锥形量热仪测试了水滑石/氧化锌、水滑石/氧化锌/氧化镁、水滑石/磷酸锌复合改性硬质PVC的燃烧性能,发现水滑石和氧化锌复合改性的PVC的阻燃抑烟性随着添加量的增加而增加,当水滑石/氧化锌添加质量各为2wt%(相对氯乙烯),燃烧最大放热速率、最大烟雾生成速率和一氧化碳生成量分别下降50%、39%和41%,显示良好的综合阻燃抑烟效果。水滑石与磷酸锌复合对PVC也有良好的阻燃抑烟效果,当水滑石和磷酸锌的添加量均为1%(相对氯乙烯)时,最大燃烧烟密度降低70%(烟密度仪测试,无焰燃烧模式)；最大放热速率、总放热和平均放热速率降低50%以上,最大烟雾生成速率和一氧化碳生成量分别降低38%和50%(锥形量热测试)。水滑石和锌类化合物复合能促进PVC的炭化,使燃烧残留物更加不规整。最后,对水滑石/锡酸锌改性的增塑PVC的燃烧性能进行了研究,发现邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)的加入,大大增加了PVC燃烧烟密度。水滑石与锡酸锌复合对增塑PVC有一定的阻燃抑烟效果。当DOP添加量为30、40和50phr,水滑石和锡酸锌添加量均为3wt%(相对氯乙烯)时,改性增塑PVC的极限氧指数分别为33.5%、28.6%和26.2%,相对未改性增塑PVC提高10%左右；烟密度分别为172.4、195.8和252.5,相对未改性增塑PVC,分别降低47%、42%和34%。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-13
1 前言  13-15
2 文献综述  15-31
  2.1 聚氯乙烯阻燃抑烟  15-23
    2.1.1 聚氯乙烯热降解和发烟机理  15-16
    2.1.2 有机阻燃抑烟剂改性聚氯乙烯  16-19
      2.1.2.1 磷酸苯酯  16-18
      2.1.2.2 氯化石蜡  18
      2.1.2.3 二烷基卤代邻苯二甲酸酯  18-19
    2.1.3 无机阻燃抑烟剂改性聚氯乙烯  19-23
      2.1.3.1 过渡金属氧化物  19-21
      2.1.3.2 金属氢氧化物  21-22
      2.1.3.3 锌类化合物  22-23
  2.2 水滑石改性聚氯乙烯  23-27
    2.2.1 聚氯乙烯/水滑石纳米复合材料的制备  23-24
    2.2.2 水滑石对聚氯乙烯热稳定的影响  24-25
      2.2.2.1 水滑石热分解机理  24
      2.2.2.2 水滑石含量对聚氯乙烯热稳定性的影响  24-25
    2.2.3 水滑石对聚氯乙烯抑烟性能的影响  25-27
  2.3 水滑石对其它聚合物的阻燃抑烟作用  27-31
3 实验部分  31-37
  3.1 实验原料  31
  3.2 实验仪器和设备  31
  3.3 聚氯乙烯复合树脂和复合材料的制备  31-33
  3.4 材料结构和性能表征  33-37
    3.4.1 水滑石的结构表征  33
    3.4.2 聚氯乙烯树脂的表征  33
    3.4.3 聚氯乙烯/水滑石复合材料的表征  33-37
4 原位悬浮聚合制备聚氯乙烯复合树脂  37-47
  4.1 水滑石和锌类化合物结构表征  37-41
    4.1.1 水滑石  37-39
    4.1.2 氧化锌  39-40
    4.1.3 磷酸锌  40
    4.1.4 锡酸锌  40-41
  4.2 聚氯乙烯复合树脂的表征结果  41-43
    4.2.1 聚氯乙烯/水滑石复合树脂的粒径  41-42
    4.2.2 聚氯乙烯/水滑石复合树脂的形态  42-43
  4.3 水滑石在聚氯乙烯/水滑石复合材料中的分散情况  43-46
    4.3.1 聚氯乙烯/水滑石复合材料  43
    4.3.2 聚氯乙烯/水滑石/氧化锌/氧化镁复合材料  43-44
    4.3.3 聚氯乙烯/水滑石/磷酸锌复合材料  44-45
    4.3.4 聚氯乙烯/水滑石/锡酸锌复合材料  45-46
  4.4 小结  46-47
5 单一水滑石和水滑石/氧化锌/氧化镁复合改性聚氯乙烯的燃烧性能  47-61
  5.1 水滑石对聚氯乙烯/水滑石复合材料烟密度影响  47-48
  5.2 水滑石/氧化锌复合改性聚氯乙烯的燃烧特性的影响  48-55
  5.3 聚氯乙烯/水滑石/氧化锌/氧化镁复合材料的燃烧特性  55-57
  5.4 聚氯乙烯复合材料燃烧产物的形貌  57-58
  5.5 聚氯乙烯/水滑石/氧化锌/氧化镁复合材料的力学性能  58-59
  5.6 小结  59-61
6 水滑石/磷酸锌复合改性聚氯乙烯的燃烧性能  61-69
  6.1 聚氯乙烯/水滑石/磷酸锌复合材料的烟密度  61
  6.2 聚氯乙烯/纳米水滑石/磷酸锌复合材料的燃烧特性  61-66
  6.3 小结  66-69
7 水滑石/锡酸锌复合改性增塑聚氯乙烯的燃烧性能  69-75
  7.1 聚氯乙烯/水滑石/锡酸锌复合材料的氧指数  69-71
  7.2 聚氯乙烯/水滑石/锡酸锌复合材料的烟密度  71-73
  7.3 小结  73-75
8 结论  75-77
参考文献  77-83
作者简历及在学期间所取得的科研成果  83

水滑石/锌类化合物复合改性聚氯乙烯的燃烧特性

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