磷系阻燃剂对热塑性聚氨酯复合材料阻燃、抑烟和力学性能的影响
热塑性聚氨酯（TPU）是一类合成高分子材料，由于其优异的性能在众多领域应用广泛。但是，TPU易燃，燃烧会产生许多熔滴，同时还会释放烟雾和有毒气体，因此，需要提高TPU的阻燃性能以满足实际应用。 本文围绕两种磷系阻燃剂对TPU进行阻燃改性，在提高TPU阻燃、抑烟性能的同时，还解决了阻燃剂带来力学性能恶化的问题，拓宽了TPU的应用范围。本文研究成果主要包含三个方面： (1)以聚磷酸铵（APP）作为酸源，三聚氰胺（MEL）作为气源，探讨APP/MEL构成的膨胀阻燃体系（IFR）与商品化离子液体[BMIM]PF6共同应用对TPU的阻燃及力学性能的影响规律。阻燃剂添加量为10wt.%时，用1.5wt.%[BMIM]PF6替代相应IFR能将垂直燃烧（UL-94）等级从V-2提高到V-0，极限氧指数（LOI）值从25.9提高到27.1，表明[BMIM]PF6与IFR对TPU具有显著的协同阻燃作用。IFR的加入大大降低了TPU的力学性能，添加1.5wt.%[BMIM]PF6在一定程度上改善了TPU/IFR的力学性能； (2)为进一步改善阻燃TPU的力学性能，选用一种新型的高效磷系阻燃剂次磷酸铝（AHP）用于TPU中，并从改善界面相容性的角度出发，制备了聚氨酯包覆的次磷酸铝（CAHP）。用8wt.%CAHP代替相应AHP后，TPU复合材料的LOI从30.4提高到31.5，UL-94评级为V-0，拉伸强度提高11.1%。研究表明CAHP比AHP在基体中具有更好的界面相容性，从而提高了TPU/AHP的LOI和力学强度； (3)合成了一种镍铁层状双氢氧化物（NiFe-LDH）作为增效抑烟剂，与AHP用于TPU的阻燃改性，研究发现NiFe-LDH与AHP具有良好的协同作用。添加6wt.%AHP和1wt.%NiFe-LDH使TPU的放热率峰值（pHRR）、烟释放速率峰值（SPR）和总烟释放（TSP）分别降低67.4%、56.5%和38.8%，CO和CO2释放量峰值（pCOY和pCO2Y）分别下降68.6%和60.5%。此外，其拉伸强度和断裂伸长率较TPU仅下降6.0%和6.8%，分别为30.1MPa和1419.2%。
热塑性聚氨酯;抑烟;力学性能;磷系阻燃剂
北京化工大学
硕士
化学
谷晓昱
2022
中文
TQ317
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）