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膨胀阻燃丁苯橡胶及三元乙丙橡胶/聚丙烯材料的制备和性能研究

作　者: 乔治华
导　师: 胡源；宋磊
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 丁苯橡胶膨胀阻燃协效阻燃三元乙丙橡胶聚丙烯蒙脱土稀土磷酸盐
分类号: TQ330.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

膨胀型阻燃剂是近年来颇受大家关注的一类新型无卤的阻燃剂,这类阻燃剂阻燃效果好,在高分子材料阻燃研究领域的应用越来越广泛。它具有阻燃性能高、无熔滴行为,低烟、无毒和没有腐蚀气体生成的特点。本文通过对大量的国内外文献进行调研,并且结合本实验室的相关工作,分析研究了丁苯橡胶(SBR)和三元乙丙橡胶/聚丙烯(EPDM/PP)的阻燃技术以及稀土类化合物的作用等。本文以SBR和EPDM/PP为基体,用膨胀阻燃体系中的典型阻燃剂聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)组合,制备了膨胀阻燃材料,并对其热稳定性和阻燃性能进行测试,重点考察了稀土盐及铁基蒙脱土对膨胀阻燃剂的协同增效作用,对其热稳定性以及协效机理进行分析。稀土元素的研究日益热门,其应用也日益广泛,尤其是在研制现代的一些新型功能性材料领域的应用,稀土元素已成为不可缺少的原料。本文研究了磷酸铈对SBR和EPDM/PP复合材料的协效阻燃性能、机械性能、以及碳层微观结构等的影响。研究结果表明,磷酸铈盐对改善膨胀性阻燃SBR和EPDM/PP材料的垂直燃烧等级、减少热释放和增强物理机械性能等发挥一定的积极作用,是一种比较好的阻燃协效剂。本论文的主要研究工作有以下几方面:1.为了能够有效缓和膨胀阻燃材料耐水性能差的缺点,本文用聚氨脂树脂包裹的APP(PUMAPP)和PER复配组成膨胀性体系用来阻燃SBR,制备了膨胀型阻燃SBR。其阻燃性能主要用氧指数法(LOI)和垂直燃烧(UL-94)表征。通过热重分析(TGA)结果发现,添加阻燃剂后,SBR在高温区的热稳定性得到提高,并且最后的碳残余量也有所增加。使用实时红外(FTIR)探测,结果显示,在高温条件下,材料会形成一种含大量磷元素的稳固炭层。文中对添加不同阻燃剂后材料燃烧性能、力学性能及水溶性等方面进行了对比。研究发现,在添加量相同的情况下,用PUMAPP的阻燃性能要优于APP,其主要原因可能与包裹后的APP的界面和在材料中分散性有关。2.以SBR为基体,在APP和PER组成的阻燃体系加入四价的磷酸铈(CeP(IV)),考察了SBR在不同的CeP(IV)添加量下LOI以及UL-94等级的变化。同时,使用TGA考察了空气条件下CeP(IV)对膨胀型阻燃SBR的热失重的影响,并用FTIR对膨胀型阻燃SBR复合物进行实时监测和分析,对碳层的形貌进行了扫描电镜(SEM)分析。3.在对EPDM/PP体系进行阻燃时,考察磷酸铈(CeP)以及铁基蒙脱土(Fe-MMT)对膨胀体系的协效作用。利用LOI、UL-94和TGA研究了EPDM/PP材料的阻燃性能和热稳定性,通过SEM观察了协效剂对材料燃烧后炭层的影响。本文研究加入协效剂对材料在阻燃性能、成炭机理和热稳定性等方面的影响。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章文献综述  12-27
  1.1 引言  12
  1.2 丁苯橡胶阻燃技术的研究进展  12-14
  1.3 三元乙丙橡胶/聚丙烯阻燃技术的研究进展  14-15
  1.4 阻燃剂介绍  15-19
    1.4.1 卤素阻燃剂  15
    1.4.2 金属氢氧化物阻燃剂  15-17
    1.4.3 磷系阻燃剂  17
    1.4.4 硅系阻燃剂  17-18
    1.4.5 氮系阻燃剂  18
    1.4.6 聚合物纳米复合阻燃技术  18
    1.4.7 膨胀阻燃剂  18-19
  1.5 稀土及其应用  19-21
    1.5.1 稀土元素  19-20
    1.5.2 稀土在高分子材料领域的应用  20-21
  1.6 本论文研究思路及研究内容  21-23
    1.6.1 研究思路  21-22
    1.6.2 研究内容  22-23
  参考文献  23-27
第二章微胶囊膨胀阻燃丁苯橡胶的制备及性能研究  27-41
  2.1 引言  27-28
  2.2 实验部分  28-30
    2.2.1 原材料  28
    2.2.2 实验仪器  28
    2.2.3 聚氨脂包裹APP 的合成及其阻燃SBR 复合材料的制备  28-29
    2.2.4 性能测试  29-30
  2.3 结果与讨论  30-39
    2.3.1 微胶囊包裹APP 的XPS 表征  30-31
    2.3.2 溶解度  31-32
    2.3.3 复合材料的耐水性能  32-34
    2.3.4 阻燃性能  34-35
    2.3.5 热稳定性  35-36
    2.3.6 热降解机理  36-37
    2.3.7 机械性能  37-38
    2.3.8 炭层形貌  38-39
  2.4 本章小结  39-40
  参考文献  40-41
第三章 CeP(IV)对膨胀阻燃丁苯橡胶的协效研究  41-52
  3.1 引言  41
  3.2 实验部分  41-43
    3.2.1 原材料  41
    3.2.2 实验仪器  41
    3.2.3 磷酸铈(IV)的合成和SBR 阻燃材料的制备  41-42
    3.2.4 性能测试  42-43
  3.3 结果与讨论  43-50
    3.3.1 磷酸铈(IV)的表征  43-44
    3.3.2 燃烧性能  44-47
    3.3.3 热稳定性  47-48
    3.3.4 炭层形貌与结构  48-49
    3.3.5 热降解机理  49-50
  3.4 本章小结  50-51
  参考文献  51-52
第四章稀土磷酸盐对膨胀阻燃 EPDM/PP 的协效研究  52-64
  4.1 引言  52
  4.2 实验部分  52-53
    4.2.1 原材料  52-53
    4.2.2 实验仪器  53
    4.2.3 样品制备  53
    4.2.4 性能测试  53
  4.3 结果与讨论  53-61
    4.3.1 CePO_4 的结构表征  53-54
    4.3.2 燃烧性能  54-55
    4.3.3 热稳定性  55-57
    4.3.4 炭层形貌与结构  57-58
    4.3.5 热降解机理  58-60
    4.3.6 机械性能  60-61
  4.4 本章小结  61-62
  参考文献  62-64
第五章铁基蒙脱土对 EPDM/PP 的膨胀协效阻燃研究  64-76
  5.1 引言  64
  5.2 实验部分  64-65
    5.2.1 原材料  64-65
    5.2.2 实验仪器  65
    5.2.3 样品制备  65
    5.2.4 性能测试  65
  5.3 结果与讨论  65-73
    5.3.1 铁基蒙脱土的结构表征  65-66
    5.3.2 EPDM/PP 纳米复合材料的形成  66-67
    5.3.3 燃烧性能  67-69
    5.3.4 热稳定性  69-71
    5.3.5 炭层研究  71-73
  5.4 本章小结  73-75
  参考文献  75-76
全文总结及下一步工作展望  76-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-79
致谢  79

膨胀阻燃丁苯橡胶及三元乙丙橡胶/聚丙烯材料的制备和性能研究

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