磷掺杂本征阻燃丙烯酸树脂的制备及其性能研究.ppt

* 1 磷掺杂本征阻燃丙烯酸树脂的制备及其性能研究 指导老师： 汇报人： 崔锦峰（教授） 杨保平（教授） 郭军红（副教授） 包雪梅 郭永亮 目录 课题背景 课题意义 研究现状简介 小结 研究方案 研究路线及实验方案 已有成果 课题创新性 致谢 研究现状 燃烧循环[1] 阻燃的三个方式：气相阻燃 凝聚相阻燃 热中断阻燃 [1] Albrecht, G., Flame retardation by phosphorus compounds[J]. Accounts of Chemical Research 1978，11（5），177-183. 图4 聚合物燃烧模型 研究现状 元素 代表物质 发挥区域 阻燃机理 卤素 氯化石蜡-氧化锑 气相、凝聚相 气相中与自由基结合 铝、镁 Al(OH)3 气相，凝聚相 中断热交换阻燃 硅 硅氧烷 凝聚相 中断热交换，生成耐高温物质 磷 APP、DOPO 气相、凝聚相 催化阻燃 氮 三嗪类、三聚氰胺 气相 产生不燃气体 IFR APP/PER/MEL 气相、凝聚相 形成膨胀性炭层 各元素阻燃元素简介 表1 元素阻燃对比 研究现状 磷元素 气相机理 物理作用表现在含磷阻燃剂受热时能够释放难燃气体，稀释火焰区的可燃气体浓度，减缓燃烧进行； 化学作用则体现在自由基捕捉机理：含磷化合物在高温下释放的PO·与促进燃烧进行的H·和OH·反应，终止燃烧的链反应，减少火焰区反馈到聚合物的热量。 凝聚相机理 ①炭层的保护作用。炭层形成于气相和凝聚相的边界处，可作为一层保护屏障，阻止热量及空气中的氧传送到聚合物，抑制可燃气体的产生。 ②释放不可燃气体（水蒸气）。成炭过程通常都伴随着水的产生，水蒸气稀释气相中可燃气体的浓度。 ③减少热量。水的产生降低了聚合物表面温度，成炭过程通常也是一个吸热过程。④促进碳的抗氧化。含磷阻燃剂在增加碳残余量的同时能够阻止碳完全氧化成二氧化碳，降低氧化释放热。 研究现状 D. Price等在2008年发表的文章中提到3中不同结构含磷阻燃剂： 点燃时间 热释放速率 极限氧指数 Pure PMMA 53 sec 489KJ·m-2 17.2 Sample 82 sec 370KJ·m-2 25.8 磷元素本征阻燃PMMA，使链末端降解和主链降解的速率减慢。 研究现状 硅元素 研究表明，含硅聚合物材料能明显降低燃烧性能。在灼烧的过程中，硅元素与氧结合，形成硅氧化合物，由于其自身与材料相容性差，易迁移，所以在材料表面形成SiO2,覆盖在灼烧后的材料表面，阻碍氧气等可燃气体在材料内外进出，同时形成的耐高温覆盖物阻止热反馈，减少材料的质量损失。 镁、铝元素 含羟基和结晶水的化合物是常用的阻燃剂之一。在高温下，化合物受热失水分解，通过形成复杂的中间态物质和晶格的重组，可以在本体材料表面形成坚硬耐高温的晶体或氧化物。失水的过程既稀释了环境中的可燃物质浓度，同时降低凝聚相表面温度。形成的晶体或氧化物覆盖在材料表面成为热屏障，使热量传递速率减慢。 研究现状 Saihua Jiang等合成了同时含氮、磷、硅元素的阻燃化合物。 SEM images of char residues of Hybrid 15: a exterior char residues (9200); b exterior char residues (95,000),c interior char residues (9200);d interior char residues (95,000) 研究现状 氧原子在炭层外部的百分含量高于其在炭层内部，而碳原子则在内部更多，硅元素内外相差不多。相对的，Si/C的比率在炭层外部明显高于内部，这意味着在灼烧的过程中硅原子从材料内部迁移到材料表面。 研究现状 Cinausero等分别合成了分别含铝和硅两种纳米材料，文献考察了两种纳米材料和聚磷酸铵之间的协同阻燃效应。 铝—炭层类似于壳结构（shell-structured char）；在材料表面形成了AlPO4的晶体 硅化合物主要覆盖在材料表面，成为主体结构（bulk-structured），材料的大部分有所保留（但有部分的裂缝） 研究现状 Majoni等利用熔融插层法制备了锌/硼双羟基层状化合物(LHS)——ZHTMDBB的PMMA复合材料。该SEM观察生成层状连续式炭层。 XRD表征了材料在灼烧后的形貌，发现存在ZnO和 硼酸锌 (ZnB2O6) 晶相，这个可能是燃烧过程中氧化锌和氧化硼反应生成的。 小结 磷元素阻燃优点 1.阻燃剂种类丰富 2.磷元素反应活性高 3.形成有机化合物，与材料相容性好 4.不