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聚氨酯(PU)和其他大多数高分子材料一样,虽然应用广泛,但耐热性差,极易燃烧,同时产生大量毒性烟气,危害国民的人身财产安全。随着经济的快速增长,人均GDP不断上升,国家大力倡导绿色发展战略。因此,对PU的阻燃改性研究亟不可待。然而被用于阻燃PU的许多阻燃剂都有耐水性差,易团聚和与基材相容性差等缺点,严重影响了阻燃剂的使用效果,所以对阻燃剂的表面改性处理显得尤为重要。研究表明微胶囊技术是一种既可以改善阻燃剂耐水性,同时提高阻燃效果的有效手段。近几年,微胶囊技术因其操作方法简单,包覆效果明显等优点在高分子材料阻燃领域备受青睐。本论文以生物基阻燃剂PSTM为芯材,分别以聚氨酯、密胺树脂和硅凝胶为壁材,制备了三系列九种微胶囊阻燃剂并用于阻燃改性PU,主要研究内容总结如下:(1)以季戊四醇和2,4-甲苯二异氰酸酯为原料,PSTM为芯材,DMSO和1,4-二氧六环为溶剂,二月桂酸二丁基锡为催化剂,Tween-80为乳化剂,采用原位聚合法,合成聚氨酯微胶囊阻燃剂(MPSTM)。分别加入乙二醇、聚乙二醇和正硅酸乙酯改性壁材成分,合成EMPSTM、PMPSTM和SMPSTM。以FT-IR、XPS、SEM、EDX、Mapping表征微胶囊的结构形貌,以TGA/DTG研究四种微胶囊的热性能,结果表明:与芯材相比四种微胶囊在800℃时的残炭率明显增加。通过LOI和UL-94考察了不同阻燃剂添加量的PU/MPSTM、PU/EMPSTM、PU/PMPSTM和PU/SMPSTM的阻燃性能,发现四种阻燃PU的LOI随阻燃剂使用量的增加而提高,当阻燃剂添加量为30%时,PU/MPSTM、PU/EMPSTM、PU/PMPSTM和PU/SMPSTM的LOI分别为26.4、26.4、26.5和26.3,UL-94达V-0级。对PMPSTM和SMPSTM进行水溶性测试,结果表明:两种微胶囊都能够在不同程度上降低PSTM在水中的溶解度。TGA测试表明,两种微胶囊阻燃体系均具有良好的热稳定性。进一步对其进行耐水性和力学性能测试,结果表明:在75℃水中浸泡8h后,PU/PMPSTM的LOI高于PU/SMPSTM;PU/PMPSTM和PU/SMPSTM的弯曲强度和拉伸强度都随着阻燃剂的添加量增加而减小,且PMPSTM的力学性能优于SMPSTM。Cone测试结果表明,与纯PU相比,PU/PMPSTM-30%的热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、烟生成速率(SPR)及烟雾释放速率(RSR)较空白PU分别降低了23.2%、8.4%、36.4%、35.6%,SPR、TSP、TSR及TSP等参数均有不同程度的下降。(2)以三聚氰胺和甲醛为原料,PSTM为芯材,水和乙醇为溶剂,采用原位聚合法合成密胺树脂微胶囊阻燃剂(MFPSTM)。分别用EG、PEG和TEOS改性壁材成分,合成EMFPSTM、PMFPSTM和SMFPSTM。利用FT-IR、XPS、SEM、EDX和Mapping表征四种微胶囊的形貌结构,TGA结果表明:四种阻燃剂在800℃的残炭率均高于PSTM。四种阻燃PU的LOI随着阻燃剂使用量的增加而增大。当阻燃剂使用量为30%时,PU/MFPSTM、PU/EMFPSTM、PU/PMFPSTM和PU/SMFPSTM的LOI分别为25.2、25.5、26.5和26.7,UL-94达V-0级。热重测试结果表明,两种微胶囊阻燃体系均具有良好的热稳定性。对PMFPSTM和SMFPSTM进行水溶性测试发现在后SMFPSTM的质量损失率低于PMFPSTM。进一步对其进行耐水性和力学性能测试,结果表明:PU/SMFPSTM、PU/PMFPSTM在75℃水中浸泡后的LOI值均呈下降趋势,且PU/SMFPSTM的LOI高于PU/PMFPSTM;随着PU/SMFPSTM、PU/PMFPSTM中阻燃剂的添加量不断增加,对力学性能的影响也越来越严重,并且PU/SMFPSTM-20%的力学性能优于PU/PMFPSTM-20%。Cone测试结果表明,与纯PU相比,PU/SMFPSTM-30%的热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、烟生成速率(SPR)及烟雾释放速率(RSR)较空白PU分别降低了38.9%、34.7%、30%、29.1%,SPR、TSP、TSR及TSP等参数均有不同程度的下降。(3)以正硅酸乙酯为原料,氨水为催化剂,PSTM为芯材,OP-10为乳化剂,在水-乙醇混合溶剂体系中采用溶胶凝胶法,合成硅凝胶微胶囊阻燃剂SPSTM。以FT-IR和SEM表征其结构形貌,TGA/DTG研究SPSTM的热性能,结果表明:SPSTM和芯材相比,残炭率从11.16%增至22.68%。对SPSTM进行水溶性和分散性测试,结果表明:SPSTM与PSTM相比在水中的溶解性明显降低,并且在石蜡中分散性良好。LOI和UL-94研究结果表明:PU/SPSTM的LOI随阻燃剂使用量的增加而逐渐提高,当使用量为30%时,PU/SPSTM的LOI为26.2,UL-94达V-0级。TGA结果显示硅凝胶微胶囊阻燃体系的热稳定性良好。进一步考察其耐水性和力学性能,结果表明:PU/SPSTM-20%在浸泡后的LOI值呈下降趋势,6h后硅凝胶开始发挥对芯材的保护作用;SPSTM的拉伸强度和弯曲强度都随着添加量增加而降低。Cone测试结果表明,与纯PU相比,PU/SPSTM-30%的热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、烟生成速率(SPR)及烟雾释放速率(RSR)较空白PU分别降低了35.8%、14.5%、52.5%、51.9%,SPR、TSP、TSR及TSP等参数均有不同程度的下降。