三嗪成炭剂的合成及无卤阻燃动态硫化EPDM/PP的制备研究

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动态硫化EPDM/PP热塑性硫化橡胶(TPV)因具有良好的绝缘性能、力学性能、耐高温性能、可重复使用等优点,广泛应用于汽车,电线电缆,建筑材料等领域。然而,TPV材料遇火易燃烧,燃烧过程中会产生滴落,易造成火灾的蔓延,限制了其应用领域。因此,对其阻燃改性尤为必要。三嗪成炭剂在近年得到了快速的发展,为制备高性能无卤阻燃TPV提供了思路和方法。为了克服传统膨胀阻燃体系的缺点,如高吸湿、易析出、耐热性差和阻燃效率低,本论文合成了三嗪大分子成炭剂(HCFA),将其与聚磷酸铵(APP)和有机气相纳米二氧化硅纳米共混制备新型膨胀阻燃体系,用双螺杆挤出机为加工设备,制备出阻燃效率高、耐水性能好的阻燃TPV,主要研究内容和结果如下:  (1)以三聚氯氰、无水哌嗪和吗啉为原料,通过亲核取代反应合成了三嗪成炭剂中间体CA。将中间体CA用吗啉封端,制备热稳定性高的无卤三嗪成炭剂(HCFA),将其与APP复配制备无卤阻燃TPV。探索了HCFA的合成工艺,通过FT-IR、元素分析、固体13C-NMR、X荧光光谱仪(XRF)、热重分析(TGA)等分析确定了HCFA分子结构。结果表明:HCFA产率为94.9%,TGA结果显示,HCFA热稳定性优良,在N2气氛中,初始热失重温度(5%质量损失)为386℃,700℃残炭率为27.20%;此外HCFA具有优异的耐水性能,相同条件下,其溶解性为PER的1/50~1/40。当APP:HCFA=2:1时,膨胀阻燃体系APP/HCFA(IFR)残炭量在700℃为30.93%。将APP、HCFA以2:1的比例制备无卤阻燃TPV/IFR,通过极限氧指数法(LOI)、热重分析(TGA)和垂直燃烧法(UL-94)等测试方法研究了IFR对TPV阻燃性能、热稳定和力学性能的影响。结果表明,当IFR添加量为55.56份时,LOI为28.6%,能通过UL-94 V-0级别;在此基础上,研究了有机nano-SiO2对TPV/IFR的力学性能和阻燃性能的影响。结果表明:有机nano-SiO2与IFR表现出良好的协同效应,nano-SiO2改善了IFR的质量和高温稳定性,形成了致密、坚固的炭层。同时,nano-SiO2的加入可以改善TPV/IFR的力学性能和阻燃性能。经过70℃热水浸泡168h,TPV/IFRS(APP/HCFA/nano-SiO2)仍然通过UL-94 V-0,氧指数有小幅度下降。  (2)对六种过氧化物硫化体系进行了研究,结果表明,2,5-二甲基-2,5-双己烷/N,N-间苯撑双马来酰亚胺硫化体系制备的无卤阻燃TPV综合性能最优。另外,还研究了橡塑比对TPV/IFRS性能的影响。结果表明,当橡胶/塑料比为100/66.7时,复合材料综合力学性能最好。本实验对双螺杆机的加工工艺参数进行了研究,主要研究了螺杆转速、温度、喂料速度和阻燃剂添加顺序对TPV/IFRS的影响,最后制备出综合性能优异的无卤阻燃TPV。
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