三聚氰胺氰尿酸盐对聚酯阻燃性能的研究
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优良的力学性能、耐光性能和耐酸性能等,广泛应用于室内外装饰、服用、汽车行业、电子行业等领域。然而聚酯自身遇到高温易燃烧和产生熔滴,限制了其应用。目前,聚酯的阻燃改性,并提高其抗熔滴性能已经成为开发功能性聚酯的研究重点。其中,膨胀型阻燃剂的应用受到日益广泛的重视,它可以使聚合物在燃烧过程中形成多孔蓬松炭层,既能有效阻止基体聚合物继续燃烧,在一定程度上,还能防止基体产生熔滴。
本研究选用2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)与三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为阻燃剂,采用共聚和熔融共混法分别制备了一系列不同MCA含量的聚酯-MCA复合物(PET-MCA)和含磷共聚酯-MCA复合物(CP-PET-MCA)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、差示扫描量热分析(DSC)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧实验(UL-94)、锥形量热分析(CONE)和力学性能测试等表征手段系统研究了阻燃PET复合物的结构、热性能、燃烧性能和力学性能等。研究结果表明:
1.傅里叶红外光谱(FTIR)表征所制备产物的结构表明,CEPPA中的羧基和次磷酸基与乙二醇(EG)发生酯化反应,形成含磷共聚酯(CP-PET);在共混过程中MCA没有发生明显的分子结构的改变。电子扫描电镜(SEM)表征MCA粒子添加量较少时在聚酯中没有出现明显的团聚现象,分散较为均匀。
2.采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析法(TGA)研究了复合物的热转变温度和热稳定性能。PET-MCA复合物的冷结晶温度(Tcc)、熔点(Tm)和玻璃化转变温度(Tg)与纯PET相比均有所降低;CP-PET-MCA复合物与CP-PET相比Tcc轻微下降,Tm和Tg变化不大。TGA研究结果表明,与纯PET相比,在空气和氮气气氛中,PET-MCA复合物和CP-PET-MCA复合物的初始分解温度(Tid)降低,残炭量明显增加,表明CEPPA和MCA可以有效地提高聚酯的热稳定性能。
3.采用极限氧指数测试(LOI)、垂直燃烧实验(UL-94)以及锥形量热分析(CONE)对复合物的燃烧和阻燃性能进行了研究。结果显示PET-MCA复合物的极限氧指数可以由23％提高到25%,UL-94测试为V-2级标准,抗熔滴效果和成炭效果不佳;CP-PET-MCA复合物的极限氧指数可达29%,UL-94测试达到V-0级标准。锥形量热实验表明,PET-MCA与CP-PEToMCA复合物的点燃时间(TTI)延长,最大热释放速率(PHRR)、总燃烧释放热(THR)和有效燃烧热(EHC)均有所降低。
4.利用燃烧炭层红外谱图(FTIR)、炭层形貌(SEM)、炭层元素分析(EDS)等多种方法进一步研究了PET-MCA复合物和CP-PET-MCA复合物的阻燃机理。认为CEPPA与MCA在提高PET阻燃过程中发挥了氮.磷协同作用,从凝固相和气相两方面提高了PET的阻燃性。
5.MCA添加量为10%的含磷共聚酯-MCA复合物的阻燃性能较好,其断裂伸长率、断裂强度和模量相比于纯聚酯只略微下降。
聚酯;三聚氰胺氰尿酸盐;2-羧乙基苯基次磷酸;阻燃性能;热性能
北京服装学院
硕士
材料学
王锐
2011
中文
TQ323.4
66
2012-04-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）