實驗九阻燃聚丙烯塑料的制備及性能測試

1、實驗九阻燃聚丙烯塑料的制備及性能測試一、實驗?zāi)康暮鸵?. 了解PP的性能特點、應(yīng)用及阻燃改性方法和原理；2. 掌握擠出機、注塑機等常用高分子材料成型設(shè)備的操作方法和使用；掌握阻燃PP復(fù)合材料的制備工藝；3. 掌握運用YZS-100型氧指數(shù)測定儀測定PP復(fù)合材料氧指數(shù)的基本方法，并運用氧指數(shù)評價常見材料的燃燒性能。二、實驗原理、方法聚丙烯(Polypropylene，PP)具有原料來源豐富、合成工藝簡單及產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異等特點。與其它通用熱塑性塑料相比，聚丙烯具有密度小、價格低、屈服強度、拉伸強度、表面硬度等機械性能優(yōu)異等特點，并有突出的耐應(yīng)力開裂性、耐腐性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性好。是最常用的通用

2、塑料之一，廣泛應(yīng)用于電子、電器等領(lǐng)域；已成為目前塑料加工業(yè)的主要原料之一。由于聚丙烯的極限氧指數(shù)(LOI)為18左右，屬于易燃材料，使其在電子、電器、交通等諸多領(lǐng)域中的應(yīng)用于受到局限，因此，研制開發(fā)具有阻燃能力的聚丙烯材料一直是聚丙烯該性的研究熱點之一。2.1 聚丙烯的阻燃機理聚丙烯所用阻燃劑主要分為無機化合物、有機化合物兩大類。無機化合物主要包括有：氧化銻、水合氧化鋁，氫氧化鎂，硼化合物；有機化合物主要包括有機鹵化物(約占31%)，有機磷化物(約22%)。按使用方法可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑。添加型阻燃劑主要有：有機鹵化物，磷化物，無機化合物。不同的阻燃劑可起到不同的阻燃作用，它們能使

3、燃燒的五個階段中某一個或某幾個階段的速度加以抑制，最好能讓燃燒在萌芽狀態(tài)就被制止，即截斷某一階段來源或中斷鏈鎖反應(yīng)，停止游離基的產(chǎn)生。阻燃機理有多種：保護膜機理、不燃性氣體機理、冷卻機理、終止鏈鎖反應(yīng)機理、協(xié)同作用體系。阻燃劑的復(fù)配是利用阻燃劑之間的相互作用，從而提高阻燃效能，稱為協(xié)同作用體系。2.2 聚丙烯阻燃協(xié)效體系常用的協(xié)同作用體系有銻鹵體系，磷鹵體系，磷氮體系。(1) 銻一鹵體系銻常用的是Sb2O3鹵化物常用的是有機鹵化物。Sb2O有機鹵化物一起使用，能發(fā)揮阻燃作用，其機理認為：它與鹵化物放出的鹵化氫作用，生成SbOC,然后SbOCI熱分解產(chǎn)生SbCI3。(2) 磷鹵體系磷與鹵素共存于

4、阻燃體系中并存在著相互作用。例如，將磷化物和溴代多元醇用作聚氨酯泡沫的阻燃劑，研究其阻燃效能(OI值)及焦炭生成量與磷、溴含量之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，阻燃劑中磷幾乎全部轉(zhuǎn)入到焦炭中，而且溴也轉(zhuǎn)入到焦炭中，兩者都促使焦炭生成量的提高；還發(fā)現(xiàn)300C以下生成的焦炭中，磷原子和溴原子比例為1:1，在500E下生成焦炭中，它們的比例為1:2.53.0。這表明磷和鹵素間有著特殊的相互作用。當(dāng)采用芳香族溴化物時，這種作用消失。(3) 磷氮體系磷阻燃劑中加入含氮化合物后，常可減少磷阻燃劑用量，說明二者結(jié)合使用效果更好。例如，用磷酸和尿素將棉織物進行磷酸化，這是一種較早的棉織物阻燃處理方法，它們的結(jié)合降低了磷酸用量。

5、用N-羥甲基二烷基膦丙酰胺處理兒童睡衣，用磷酸銨處理木材、紙、棉纖維，都可以起到阻燃作用。(4) 膨脹型阻燃劑由磷系、氮系及無機物組成的復(fù)合阻燃體系。具有阻燃效果好、燃燒時無滴落物、發(fā)煙少、無有毒氣體、抑煙、不影響塑料原有性能。在受熱時，在塑料表面可形成均勻的炭質(zhì)泡沫層，起到隔絕熱量及氧氣的作用。一般由炭源、酸源、氣源三部分組成。炭源：指含碳量比較高的多羥基化合物及潭水化合物，如淀粉、季戊四醇、多羥基樹脂等酸源：一般為無機酸或加熱時生成無機酸的一些化合物，如無機酸、磷酸銨鹽APP磷酸酯等氣源：即發(fā)泡劑。2.3 聚丙烯阻燃劑體系分類對聚丙烯進行阻燃研究，必須首先考慮以下的四個基本因素：(1)阻燃

6、劑在經(jīng)久不息的加工溫度下必須是熱穩(wěn)定的；(2)阻燃劑不能與聚丙烯發(fā)生反應(yīng)，但又必須與聚丙烯很好地相容，不能有析出和遷移效應(yīng)；(3)阻燃劑必須能夠長久的保持其阻燃作用；(4)阻燃劑不應(yīng)有毒，燃燒時不產(chǎn)生毒性和腐蝕性氣體。為此，對聚丙烯的阻燃研究，前人進行了大量的工作，并逐漸形成以下幾種體系。2.31 含鹵阻燃劑聚丙烯阻燃體系含鹵阻燃劑是目前世界上產(chǎn)量最大的有機阻燃劑之一，含鹵阻燃劑以其添加量低，阻燃效果明顯，且價格適中而受到重視含鹵體系對聚丙烯有較好的阻燃效果。但是，含鹵阻燃體系燃燒時發(fā)煙量大，易產(chǎn)生腐蝕性氣體及大量的煙霧，在火災(zāi)中會妨礙人員疏散和滅火工作，腐蝕性氣體引起的金屬腐蝕，給火災(zāi)后的恢

7、復(fù)工作帶來困難；其次是含鹵阻燃劑會降低聚合物對紫外光的穩(wěn)定性。近幾年，減少阻燃材料燃燒時生成的煙量及有毒氣體量，已成為當(dāng)代阻燃劑研究開發(fā)最為活躍的領(lǐng)域之一。北美、西歐的一些國家，已經(jīng)制定了有關(guān)這方面的法規(guī)。2.32 無機填料型阻燃劑聚丙烯阻燃體系是一類無鹵阻劑，具有安全性高、抑煙、無毒、價廉等優(yōu)點，在聚丙烯的阻燃中具有重要地位。主要是氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅和紅磷等。氫氧化鋁、氫氧化鎂在受熱時發(fā)生吸熱的脫水反應(yīng)，產(chǎn)生的水又可以起到稀釋和降溫作用。硼酸鋅在火焰作用下熔化形成玻璃態(tài)的包覆層，隨后在高溫下（290C）脫水，起到吸熱降溫的作用。同時，它能促進炭化和抑制煙的發(fā)生，從而發(fā)揮阻燃作用。硼酸

8、鋅常作為阻燃增效劑與其它阻燃劑并用。紅磷主要用于阻燃熱固性樹脂，也可用于阻燃聚丙烯。它具有廉價、阻燃效果好、添加量少等優(yōu)點，同時也存在吸濕、帶色、與樹脂相容性差、易為沖擊所引燃等缺點。使用無機阻燃劑的缺點是添加量大（一般在60%160%，）對材料的機械性能和電學(xué)性能影響較大，而且燃燒時產(chǎn)生溶滴。為解決這一難題，一般采用微?；?、表面改性和協(xié)同效應(yīng)等方法。2.33 含磷阻燃劑的聚丙烯阻燃體系常用的磷系阻燃劑可分為有機磷系阻燃劑和無機磷系阻燃劑，通常有機磷系阻燃劑有磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三（二甲苯）酯等。有機磷系阻燃劑對材料的性能影響比較小，與聚合物材料有良好的相容性，但使用過程中存在著滲出

9、性大、易于水解和熱穩(wěn)定性差等缺點，對其使用帶來限制。2.34 含氮阻燃劑的聚丙烯阻燃體系人們對阻燃材料低煙、低毒的要求使氮系阻燃劑以其優(yōu)異的阻燃綜合性能日益受到青睞。氮系阻燃劑主要有三聚氰銨、三聚氰胺氰脲酸鹽、三聚氰胺磷（膦）酸鹽、三聚氰銨焦磷酸鹽等。氮系阻燃劑是通過分解時的吸熱效應(yīng)和釋放不燃性氣體（NH3）的稀釋作用來實現(xiàn)阻燃效果的。但是，單獨使用氮系阻燃劑阻燃聚丙烯效果不佳，這是由于成炭效果不好導(dǎo)致固相阻燃效果不大。把這類阻燃劑與含磷阻燃劑結(jié)合使用即組成膨脹型阻燃體系，阻燃效果很好。2.35 含硅阻燃劑的聚丙烯阻燃體系作為一種無鹵阻燃劑，硅系阻燃劑正日益得到業(yè)內(nèi)人士的重視。實際上，有機硅化

10、合物作為偶聯(lián)劑在聚合物阻燃工藝中一直起著舉足輕重的作用。有機硅兼有有機材料及無機材料的雙重優(yōu)點，具有防潮、憎水、電氣絕緣、耐高低溫、化學(xué)穩(wěn)定性、消泡、脫模及生理惰性等優(yōu)異性能。用硅阻燃劑阻燃聚丙烯，不僅可以大大改善材料的阻燃抑煙性，而且可以提高材料的力學(xué)性能和電氣性能。美國GE研制的SFR-100硅阻燃劑，配以適當(dāng)?shù)膮f(xié)同添加劑（如硬脂酸鎂、聚磷酸銨、季戊四醇或氫氧化鋁），可以低的添加量滿足聚烯烴阻燃和抑煙的要求。2.36膨脹型阻燃聚丙烯體系在眾多的阻燃體系，近年來發(fā)展起來的膨脹型阻燃體系異軍突起，成為九十年代阻燃劑家族的新秀，也是近期阻燃劑領(lǐng)域的研究熱點。膨脹型阻燃體系在燃燒過程中，因材料表面

11、生成一層蓬松、多孔的炭層而具有隔熱、隔氧、抑煙，且無熔滴生成的特點，因此十分適合于聚丙烯的阻燃。目前，世界上對材料阻燃的要求在日益提高，一些西歐國家以及美國等發(fā)達國家已制定了嚴格的阻燃法規(guī)，不僅對建筑、裝飾、衣物等制品的阻燃要求很高，對發(fā)煙量、毒性也有嚴格的要求。這給膨脹型阻燃劑的發(fā)展提供了良好的機遇。它被認為是實現(xiàn)阻燃劑無鹵化很有希望的一種途徑，但這類阻燃劑的效率還不能滿足使用要求，需要提高其阻燃功效，其阻燃的物理和化學(xué)過程的詳細機理更有待進一步的研究。三、實驗原料和儀器PP,粒料，中國大慶石化公司；Sb2O3CP揚天粉體工程有限公司；TPPCP,中藍晨光化工研究院；KH-550,工業(yè)品，南

12、京曙光化工廠；抗氧劑1010,CP,北京化工三廠。單螺桿擠出機，HT-30型，南京橡塑機械廠有限公司；注塑機，HJ-700型,寧波海晶塑機制造公司；高速混色機，SHR-20型，張家港市億利機械公司；微機控制沖擊實驗機，JJ-20型，長春智能儀器設(shè)備有限公司；氧指數(shù)測試儀HC-2型，南京江寧分析儀器公司。四、實驗步驟1. 實驗配方按配方稱量好聚丙烯樹脂及助劑，經(jīng)混色機高速混合，也可采用手工混合，螺桿擠出機擠出，造粒，再用注塑機注射成型標(biāo)準(zhǔn)檢測試樣。組分份數(shù)用量PP樹脂100TPP10Sb2O35RO-10101KH550或鈦酸酯12. 按相應(yīng)國標(biāo)法檢測其性能。氧指數(shù)性能按GB/T2406-1993測試，阻燃性能按GB/T2408-1996測試。五、實驗結(jié)果及處理表1.PP復(fù)合材料氧指數(shù)測定記錄實驗次數(shù)12345678910氧濃度，%燃燒時間（S）燃燒長度（mm燃燒結(jié)果注：第五行的燃燒結(jié)果即判斷氧是否過量，氧過量記“X”，氧不足記“O表2.PP改性前后燃燒性能測定材料純PP塑料阻燃PP復(fù)合材料氧指數(shù)阻燃改性效果六、實驗報告要求1. 寫出實驗?zāi)?/p>