硼酸锌改性可膨胀石墨的制备及其对聚乙烯与聚氨酯泡沫的阻燃性能研究 |
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为了获得较高膨胀性能与阻燃性能的石墨插层化合物，本文制备了一种硼酸锌（ZB）改性可膨胀石墨（EGZn），并测试了其对于线性低密度聚乙烯（LLDPE）及硬聚氨酯泡沫（RPUF）的阻燃性能及机械性能的影响。 首先，以H2SO4为主插层剂、ZB为辅助插层剂制备了EGZn。通过单因素实验方法确定了的C、KMnO4、H2SO4(98%)与ZB的适宜质量比为1∶0.25∶4.5∶0.3。同时，反应前H2SO4需稀释至75%，然后在50℃下反应40min。在上述反应条件下得到EGZn的膨胀体积可达520mL/g。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射、傅里叶转换红外光谱分析证实了EGZn的存在。 然后，将EGZn分别添加于LLDPE和RPUF中，通过极限氧指数（LOI）、垂直燃烧实验、热重分析、力学性能实验对比考察了单一硫酸插层可膨胀石墨EG0、聚磷酸铵（APP）以及EGZn与APP的混合物对材料的燃烧性能、热稳定性以及机械性能的影响，得出以下结论： 1.EGZn对LLDPE有明显的阻燃效果，添加30%的EGZn可以使LLDPE的LOI值由17.6%提高到26.5%，比EG0提高了2.7%。EGZn与APP二者复配阻燃效果明显优于单一EGZn、APP阻燃LLDPE体系，证明EGZn与APP有协同作用。70LLDPE/20EGZn/10APP的LOI值高达29.8%，垂直燃烧UL-94等级达到V-0。 2.改性LLDPE热重及燃烧残炭形貌结果证实，尽管70LLDPE/20EGZn/10APP的残炭率低于70LLDPE/30EGZn，但是同时添加APP与EGZn的样条燃烧后的残炭变得更加致密且紧实。残炭的致密性比残炭率对阻燃效果的影响更重要。力学性能实验结果证实，阻燃剂的加入使得LLDPE复合材料的拉伸强度降低。 3.阻燃剂的添加使得RPUF体系的密度增大。EGZn和APP对泡沫的压缩强度影响表现不一。APP的成核作用使得RPUF的压缩强度有一定提高；而加入EGZn后导致RPUF的泡孔产生塌陷，压缩强度下降。单一阻燃体系中，EGZn较EG0、APP对RPUF表现出更高的阻燃效果。而EGZn与APP之间存在协同阻燃效果。70RPUF/20EGZn/10APP的LOI值为29.3%，明显高于LOI理论值。并且，其垂直燃烧等级达到了V-0级。 4.RPUFs热重与燃烧残炭形貌结果表明：与其它阻燃RPUF复合材料相比，70RPUF/20EGZn/10APP不仅表现出最高的残炭产率，同时其呈现高的致密。凝聚相阻燃是提高该阻燃体系阻燃性能的主要方面。其残炭形成既有来自于EGZn与APP之间的物理协效，还存在APP催化下RPUF发生缩合反应的因素，以及EGZn与APP共同作用产生稳定的磷酸盐的化学成炭作用。 可膨胀石墨;硼酸锌改性;聚乙烯;聚氨酯泡沫;阻燃性能;机械性能 河北大学 硕士 化学工程 庞秀言;杨瑞强 2020 中文 TQ569 2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间） |
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