發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 21:13

【摘要】：熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)具有高模量、高強(qiáng)度、優(yōu)良的耐磨性、耐化學(xué)品、耐水解、抗霉菌性和使用溫度范圍寬等優(yōu)點(diǎn),這些優(yōu)異的性能使得熱塑性聚氨酯廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)裝備、線纜、汽車、醫(yī)藥衛(wèi)生、管材、薄膜等眾多領(lǐng)域。然而TPU屬于易燃物質(zhì),一旦引燃將發(fā)生劇烈燃燒反應(yīng),釋放出大量的熱量、有毒氣體及煙霧,且伴有嚴(yán)重的熔融滴落現(xiàn)象。因此,對(duì)TPU進(jìn)行阻燃處理是十分必要的。在TPU之中使用的阻燃劑可以簡(jiǎn)單分為有機(jī)與無(wú)機(jī)阻燃劑兩大類,各自有著優(yōu)缺點(diǎn):有機(jī)阻燃劑具有與基體相容性好的優(yōu)點(diǎn),但是通常熱穩(wěn)定性差;而無(wú)機(jī)阻燃劑熱穩(wěn)定性好,但通常所需添加量較大,影響基材的力學(xué)性能和加工性能。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物在聚合物的阻燃中有重要的作用,是由于它可以同時(shí)結(jié)合有機(jī)和無(wú)機(jī)組分的優(yōu)勢(shì),可以大大改善阻燃劑的阻燃效率和與聚合物基體的相容性。本論文通過(guò)表面接枝改性與分子間氫鍵作用成功合成了三種有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物并對(duì)其結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行表征,通過(guò)母粒法和熔融共混相結(jié)合的方法將雜化物成功的分散在TPU基體之中,研究有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物對(duì)TPU復(fù)合材料阻燃性能的影響,并從凝聚相和氣相角度分析材料在熱解過(guò)程中組成、結(jié)構(gòu)以及相關(guān)產(chǎn)物的變化規(guī)律,闡明材料的阻燃、抑煙減毒機(jī)理具體研究工作如下:1、通過(guò)在GO表面原位接枝Cu(salen)配合物成功的制備了有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物(f-GO),通過(guò)母粒法與熔融共混法制備了 TPU納米復(fù)合材料。TGA的結(jié)果表明TPU/Cu(salen)-f-GO復(fù)合材料的初始分解溫度和殘?zhí)苛坑辛嗣黠@的提高。與純TPU樣相比,TPU/Cu(salen)-f-GO復(fù)合物在熱解過(guò)程中的總揮發(fā)性氣體釋放量明顯下降,且有毒氣體CO的產(chǎn)量也大幅降低。錐形量熱儀測(cè)試結(jié)果表明TPU/Cu(salen)-f-GO 2.0的pHRR與純TPU相比下降了 14%,SPR也有了明顯的下降。研究結(jié)果表明雜化物Cu(salen)-f-GO中的無(wú)機(jī)GO片層的阻隔效應(yīng)與有機(jī)Cu(salen)的催化成炭效果相結(jié)合,有效的減少揮發(fā)性氣體的逸出與減緩熱量傳遞,從而提高復(fù)合物的熱穩(wěn)定性、抑煙減毒與火安全性能。2、通過(guò)成鹽反應(yīng)和氫鍵作用制備了 g-C3N4/二乙基次膦酸鋁(DAPHi)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物(CDAPHi),同時(shí)制備了一種乳酸穩(wěn)定的銅單質(zhì)納米顆粒,通過(guò)熔融共混的方法將銅顆粒與雜化物復(fù)配加入TPU基體中。熱重結(jié)果表明雜化物中的g-C3N4對(duì)DAPHi起到隔離保護(hù)的作用,從而提高DAPHi的熱穩(wěn)定性;雜化物中有機(jī)組份與基體相容性好,從而提高了 TPU復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度;錐形量熱儀測(cè)試表明雜化物添加到基體中降低了 pHRR和THR,且納米銅顆粒與雜化物復(fù)配使用,TPU復(fù)合材料的pHRR和THR顯著降低。研究表明雜化物中的有機(jī)DAPHi在熱解過(guò)程中可釋放中含磷的自由基捕捉劑在氣相發(fā)揮阻燃作用,雜化物中的無(wú)機(jī)g-C3N4可以起到物理阻隔效應(yīng)發(fā)揮凝聚相阻燃作用,而納米銅顆�？梢耘c雜化物發(fā)揮協(xié)同阻燃作用,促進(jìn)炭層形成,延緩聚合物的降解。3、通過(guò)分子設(shè)計(jì)合成了一種膦酰胺低聚物,將其與石墨狀氮化碳通過(guò)氫鍵作用形成有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化物,TGA結(jié)果表明無(wú)機(jī)的g-C3N4提高了雜化物的熱穩(wěn)定性。將石墨狀氮化碳、膦酰胺低聚物和雜化物分別加入TPU基體之中,研究其對(duì)TPU的熱穩(wěn)定性和阻燃性能的影響。錐形量熱儀結(jié)果表明有機(jī)膦酰胺低聚物有良好的催化成炭效果,但是由于其成炭速度較慢,在未形成有效炭層前釋放出大量熱量,導(dǎo)致其pHRR較高;而無(wú)機(jī)g-C3N4具有較好的阻隔效應(yīng)顯著降低pHRR,但是由于其缺乏催化成炭的能力,在燃燒后期發(fā)生降解之后,并不能持續(xù)發(fā)揮阻隔效應(yīng),從而導(dǎo)致較高的THR。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的氮化碳/膦酰胺低聚物有效結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn),在燃燒前期發(fā)揮g-C3N4的阻隔效應(yīng),保護(hù)膦酰胺低聚物,使其有效發(fā)揮自由基捕捉和催化成炭的作用,提高基體的阻燃性能,使得TPU/CPDMPD4復(fù)合物的pHRR與純TPU相比分別下降了 49%,且煙釋放速率和煙釋放總量也有了顯著下降,顯示出良好的阻燃效果。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ334.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號(hào)：2522364