磷-氮型無鹵膨脹阻燃ABS樹脂性能的研究.pdf

1、本文以研究磷-氮型無鹵膨脹阻燃ABS為目標(biāo)，通過LOI、UL-94測試、CONE等阻燃性能測試方法，研究膨脹阻燃劑（IFR）體系的三種組分（酸源APP、炭源PER和DPER、氣源MEL）的熱力學(xué)匹配和質(zhì)量匹配，對ABS阻燃性能的影響，同時研究阻燃ABS的力學(xué)性能和加工性能；為了提高IFR的耐熱水遷出性，適應(yīng)潮濕環(huán)境，采用有機(jī)硅阻燃劑SFR-100包覆IFR，使IFR微膠囊化，用于阻燃ABS；為進(jìn)一步提高IFR的阻燃效果，使阻燃ABS高性

2、能化，實(shí)驗(yàn)采用納米ZnO和IFR協(xié)同并用，然后IFR微膠囊化，用于阻燃ABS，研究納米ZnO的催化增效作用對ABS阻燃性能的影響，并通過動力學(xué)分析、SEM、TG-FTIR技術(shù)研究IFR的阻燃機(jī)理。
　　 1.熱力學(xué)匹配研究表明，APP釋放聚磷酸溫度區(qū)間為284～400℃，PER揮發(fā)而不分解的區(qū)間260～330℃，DPER的熔點(diǎn)為215～225℃，揮發(fā)而不分解的溫度區(qū)間為330-420℃，MEL釋放NH3的溫度區(qū)間為250-300

3、℃，APP/PER/MEL在熱力學(xué)上匹配良好，APP/DPER在熱力學(xué)上匹配良好，兩種IFR的反應(yīng)溫度區(qū)間，處于ABS的熔融溫度之后，降解溫度之前，所以IFR才能起到阻燃作用。
　　 2.質(zhì)量匹配研究表明，單獨(dú)添加APP、MEL阻燃ABS，阻燃效果較差；APP/PER/MEL的質(zhì)量比為90:45:30，APP/DPER/MEL的質(zhì)量比為75:40:10，APP/DPER質(zhì)量比為60:40時，分別配置IFR阻燃劑，ABS/IFR中

4、IFR添加量為30wt％時，LOI達(dá)到最高值，UL-94測試級別達(dá)到V-0級，APP/DPER的LOI最高達(dá)到35％；ABS/IFR試樣經(jīng)過熱水浸泡后，阻燃效果都會有所下降，APP/DPER/MEL體系的耐熱水遷出能力最好，但仍有遷出，通過4wt％的SFR-100包覆，使IFR微膠囊化，耐熱水遷出能力提高，浸水后阻燃效果幾乎沒有下降：使用1.5wt％的ZnO催化增效IFR，能夠進(jìn)一步提高阻燃性能，ZnO催化增效IFR體系添加量為20wt

5、％時，LOI達(dá)到32％，UL-94測試難燃級別達(dá)到V-0級，沖擊強(qiáng)度12kJ·m-2，拉伸強(qiáng)度38MPa，熔體流動速率17g/10min，能夠同時滿足阻燃ABS制品比較苛刻的阻燃性能要求、力學(xué)性能要求、加工性能良好。
　　 3.TG-FTIR測試和動力學(xué)研究表明，在空氣氣氛下，IFR在264℃釋放氣體，開始發(fā)生反應(yīng)；307.5℃組成炭層骨架的C=C=C等化學(xué)鍵開始產(chǎn)生，保證在ABS降解前能夠形成炭層起到保護(hù)作用。ABS/IFR在

6、N2氣氛下的熱力學(xué)模型，計算得到ABS的分解活化能可以提高到220kJ/mol，適合于被IFR炭層保護(hù)的下層ABS基體，IFR能夠提高ABS的熱穩(wěn)定性；在空氣氣氛下的熱力學(xué)模型，計算得到ABS的分解活化能降低到170kJ/mol左右，Carbon氧化降解的活化能提高到281.8kJ/mol，適合于處于火焰燃燒的表面，IFR能夠促進(jìn)ABS分解，加速成炭，體系能夠形成較多的炭層，IFR炭層保護(hù)ABS/IFR體系中的ABS成炭產(chǎn)物，提高ABS

7、成炭產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性。
　　 4.CONE測試和SEM觀察炭層表明，IFR具有明顯凝聚相阻燃的特征，形成高質(zhì)量炭層，炭層表面光滑、無裂紋、無小孔，炭層小室面積較小，小室覆蓋炭層均勻，幾乎為閉合結(jié)構(gòu)，內(nèi)層炭層較厚，連續(xù)緊湊，炭層微觀結(jié)構(gòu)表明，炭層骨架均勻致密，能有效降低ABS燃燒時的HRR、MLR、SPR，降低火災(zāi)和生煙危害；ZnO使APP分子鏈“軌道化”，能夠使IFR體系生成的炭層結(jié)構(gòu)更加致密、規(guī)則，起到協(xié)同作用，能最大幅度降低H