【摘 要】
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热塑性聚氨酯(TPU)易燃烧且伴有熔滴的产生,存在潜在的火灾隐患。本文选用聚磷酸铵(APP)和次磷酸铝(AHP)分别对两种TPU进行阻燃改性,并研究了生物基协效阻燃剂及马来酸酐-碳九(MAH-C9)共聚微球对APP阻燃M-TPU的协效作用。主要研究成果如下:1.针对聚醚型TPU(M-TPU)和聚酯型TPU(Z-TPU)两类聚氨酯的结构特性和热降解过程的差别进行研究,发现APP对M-TPU阻燃效率较
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热塑性聚氨酯(TPU)易燃烧且伴有熔滴的产生,存在潜在的火灾隐患。本文选用聚磷酸铵(APP)和次磷酸铝(AHP)分别对两种TPU进行阻燃改性,并研究了生物基协效阻燃剂及马来酸酐-碳九(MAH-C9)共聚微球对APP阻燃M-TPU的协效作用。主要研究成果如下:1.针对聚醚型TPU(M-TPU)和聚酯型TPU(Z-TPU)两类聚氨酯的结构特性和热降解过程的差别进行研究,发现APP对M-TPU阻燃效率较高,而AHP对Z-TPU阻燃效率较高。加入10 wt%APP时,M-TPU的极限氧指数(LOI)可从21.6%提高到27.4%,垂直燃烧等级测试(UL-94)达到V-0等级,热释放速率显著下降;加入10 wt%AHP,Z-TPU的LOI可从21.3%提高到28.7%,UL-94垂直燃烧测试达到V-0等级,热释放速率显著下降。经分析,这与APP、AHP两种阻燃剂不同的分解温度、成炭特性与残炭界面阻隔性有关。2.将生物基协效阻燃剂(壳聚糖、干酪素、淀粉、竹粉(BF))加入到M-TPU/APP体系中以提高阻燃效果,结果表明APP/生物基协效阻燃剂最优配比均为8/2,与添加等量纯APP相比,加入该阻燃体系对弹性体共混物力学损失较小,其中M-TPU/APP8/BF2样品LOI可达28.5%且离火自熄。经分析BF中的酚羟基等基团在燃烧中可发挥自由基捕捉剂作用,提高M-TPU的热稳定性。3.制备了硅烷偶联剂KH550接枝改性BF(BF-KH550)和磷酸氢二铵(DAP)浸泡处理BF(BF-DAP)以进一步提高与M-TPU基体的相容性及阻燃性能。结果表明,M-TPU/APP8/BF-KH550(2)和 M-TPU/APP8/BF-DAP2复合材料LOI提高至30.3%和30.5%,且均能离火自熄,防火等级(FPI)也进一步提高。BF-KH550和BF-DAP与M-TPU基体的界面结合力增强,拉伸强度也分别提高至23.9 MPa和23.0 MPa。4.选择MAH-C9共聚微球与APP制备阻燃M-TPU复合材料,APP/MAH-C9最优配比为9/1,可实现离火自熄,FPI明显增加到0.095 m2/s/kW。对比之前的阻燃复合材料发现M-TPU/APP/MAH-C9体系的残炭质量最优,添加量10 wt%、厚度1.6 mm时或添加量5 wt%、厚度3.2 mm时UL-94仍能达到V-0等级,燃烧后的残炭更为连续致密,且MAH-C9可提高M-TPU复合材料的热稳定性。
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