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硼酸锌作为一种常用的塑料

硼酸锌作为一种常用的塑料

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  • 发布时间:2022-06-06
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【概要描述】聚丙烯(PP)作为一种常用的塑料,因其优异的加工性、优异的化学稳定性、耐高温性和低价而广泛应用于许多领域。不幸的是,PP防火性能差,易燃烧,熔滴严重(熔滴可能导致火焰蔓延),使PP难以直接应用于需要高阻燃等级的领域。为了克服PP的易燃性,人们非常关注环境友好的膨胀阻燃剂(IFR)。经典的IFR系统涉及三个要素:酸源(如聚磷酸铵(APP)、碳源(如(PER)和气源(如三聚氰胺(MEL)。然而,小分子

硼酸锌作为一种常用的塑料

【概要描述】聚丙烯(PP)作为一种常用的塑料,因其优异的加工性、优异的化学稳定性、耐高温性和低价而广泛应用于许多领域。不幸的是,PP防火性能差,易燃烧,熔滴严重(熔滴可能导致火焰蔓延),使PP难以直接应用于需要高阻燃等级的领域。为了克服PP的易燃性,人们非常关注环境友好的膨胀阻燃剂(IFR)。经典的IFR系统涉及三个要素:酸源(如聚磷酸铵(APP)、碳源(如(PER)和气源(如三聚氰胺(MEL)。然而,小分子

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聚丙烯(PP)作为一种常用的塑料,因其优异的加工性、优异的化学稳定性、耐高温性和低价而广泛应用于许多领域。不幸的是,PP防火性能差,易燃烧,熔滴严重(熔滴可能导致火焰蔓延),使PP难以直接应用于需要高阻燃等级的领域。为了克服PP的易燃性,人们非常关注环境友好的膨胀阻燃剂(IFR)。经典的IFR系统涉及三个要素:酸源(如聚磷酸铵(APP)、碳源(如(PER)和气源(如三聚氰胺(MEL)。然而,小分子MEL和PER很容易迁移到聚合物材料表面并显示吸水性和吸湿性。此外,应使PP复合材料足以达到垂直燃烧测试(UL-94)的VIFR负载效率低于25w/PER系统。

为解决工大学火安全材料研究中心在线三嗪基炭化剂侧链上设计全材料研究中心在线三嗪基碳化剂侧链剂PER的各种缺点,制备了一种碳化能力优异的碳化剂TTPC(图1),采用硼酸锌作为阻燃剂协作剂,并与聚磷酸铵(APP)一起为聚丙烯复合材料建立了很好的膨胀阻燃系统。

纯PP容易燃烧,LOI只有18%。当只添加21%的APP-TPC-硼酸锌系统时,PP复合材料可以获得29.6%这样的高LOI值,不会滴落并通过UL-94的V-0评级。相比之下,传统的IFR系统阻燃效率相对较差,21%的APP-PER-ZB系统效果很差。UL-94没有等级,LOI也不是很高。硼酸锌

图4.PP复合材料锥形量热测试数据。

图5.锥形量热试验后PP复合材料的数码照片和残碳电镜图像。

在锥形量热测试中,APP-TTPC-硼酸锌的组合再次显示出良好的防火性能无论是热释放还是残余碳量,都明显改善了APP-TPC和APP-PER-ZB。在锥形量热测试残余样品和残余碳的电镜图像中,PP-21%APP-TPC-ZB样品膨胀碳层的质量得到了很好的证实。

图6.PP-21%APP-TTPC-硼酸锌复合材料可能的阻燃机理。

通过热分析(TG)对APP-TPC-硼酸锌系统的碳化行为进行了一系列探索。可能的阻燃机制如下:

1.APP和硼酸锌在300°C左右分解,释放水蒸气和氨。硼酸锌的热解产品Zno与APP释放氨后获得的多聚磷酸配位形成一种交联网络,紧紧覆盖PP基体表面,允许多聚磷酸与TTPC发生酯化反应,提供更多的反应位置。

2.三嗪环与噻嗪的分解产物通过共轭层层堆叠而组装拼接,形成炭层。

3.当燃烧时,PP的主链将解聚为多种自由基。一些自由基可以进一步与多聚磷酸反应。在较高的温度下,PP的主链将进一步分解为C=C的小分子烯烃片段。短链不饱和烯烃可通过重排参与交联碳化过程。

4.含硼玻璃焦炭层起到物理屏障的作用,可防止火焰区挥发性物质和易燃气体的交换。并隔离未燃烧的PP基体与火焰区之间的热传递。

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