三聚磷酸鈉改性可膨脹石墨制備及其對聚乙烯和聚氨酯阻燃研究.pdf

1、以三聚磷酸鈉(STPP)作為輔助插層劑，采用化學(xué)氧化插層法分別制備了80目、100目、150目三種不同粒徑的改性可膨脹石墨(EGP)，分別記作EGP80、EGP100、EGP150。以插層物的膨脹容積(EV)為優(yōu)化目標(biāo)，篩選出EGP80、EGP100、EGP150適宜制備條件分別為：(1)以80目石墨為原料，控制C80:KMnO4:H2SO4(98％):STPP=1.0:0.2:5.0:0.6(質(zhì)量比)，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間40mi

2、n，反應(yīng)中H2SO4質(zhì)量濃度為75%，所得EGP80的最大EV值為583mL/g，起始膨脹溫度為186℃;(2)以100目石墨為原料，控制C100:KMnO4:H2SO4(98%):STPP=1.0:0.3:5.0:0.5(質(zhì)量比)，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間30min，反應(yīng)中H2SO4質(zhì)量濃度為75%，所得EGP100的最高EV100值為500mL/g，起始膨脹溫度為218℃;(3)以150目石墨為原料，控制C150:KMnO4:H2S

3、O4(98%):STPP=1.0:0.4:5.0:0.5(質(zhì)量比)，反應(yīng)溫度35℃，反應(yīng)時間20min，反應(yīng)中H2SO4質(zhì)量濃度為70%，所得EGP150的最大EV值為266mL/g，起始膨脹溫度為320℃。粒徑越小，EV越小，起始膨脹溫度越高，EGP的EV與粒徑大小呈線性關(guān)系。掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR)證實了石墨和反應(yīng)物之間的插層反應(yīng)。
　　分別將所制備的各50目、80目、100目、

4、150目EGP與聚磷酸銨(APP II)、線性低密度聚乙烯(LLDPE)或者高密度聚乙烯(HDPE)按照不同比例機械混合改性，對比考察EGP的粒度對其阻燃性能、力學(xué)性能及其與APP(Ⅱ)協(xié)同效應(yīng)的影響。通過氧指數(shù)值(LOI)、UL-94垂直燃燒等級表征復(fù)合材料的燃燒性能；通過熱重分析與微分熱重分析(TG/DTG)表征材料的熱穩(wěn)定性變化，通過拉伸測試等手段考察阻燃劑添加對材料的機械性能的影響。結(jié)果表明：(1)各EGP均與APP在2:1質(zhì)量

5、比時，70LLDPE/20EGP/10APP與70HDPE/20EGP/10APP均表現(xiàn)出最高LOI值及垂直燃燒UL-94等級。(2)隨著石墨粒徑的減小，阻燃體系的LOI值及垂直燃燒UL-94等級均降低。(3)隨EGP粒度減小最大失重溫度依次增加，最大失重速率則減小，殘?zhí)柯室来谓档汀?4)拉伸測試結(jié)果表明，石墨粒徑越小，阻燃劑與基材的相容性越好，分散也越均勻。(5)既具有阻燃性，又具有較好的力學(xué)性能的復(fù)合材料分別為70 LLDPE/20

6、EGP100/10APP。
　　分別將STPP改性的EGP50、EGP80、EGP100、EGP150與聚磷酸銨(APP II)按照不同比例添加對硬聚氨酯泡沫(RPUF)進(jìn)行改性。結(jié)果表明(1)當(dāng)阻燃劑僅為EGP時，RPUF的密度隨EGP添加質(zhì)量增加而增大，而壓縮強度均呈下降趨勢。(2)當(dāng)用APP部分置換EGP， APP所占比例與RPUF的密度和壓縮強度均成正比關(guān)系。(3)當(dāng)APP與EGP的質(zhì)量比為1:1時，復(fù)合泡沫材料均表現(xiàn)出最

7、好的阻燃性能、最低的熱釋放速率與總熱釋放量，而燃燒時間延長。(4)APP與EGP的協(xié)同添加使得80RPUF/10EGP/10APP在低溫區(qū)熱穩(wěn)定性變差，而高溫區(qū)熱穩(wěn)定性增強，殘?zhí)恐旅苄愿?，可在燃燒過程起到很好的隔熱、隔氧的作用阻燃效果。(5)熱傳導(dǎo)性能測試結(jié)果表明，80RPUF/10EGP/10APP的導(dǎo)熱系數(shù)均低于0.03W/m·K，屬于高效保溫材料。(6)80RPUF/10EGP/10APP的憎水性能優(yōu)于純RPUF，可短時間內(nèi)防水。

8、
　　而EGP粒徑對阻燃復(fù)合材料性能的影響體現(xiàn)在：(1) EGP50對RPUF的破壞程度最大，80RPUF/10EGP80/10APP的泡孔完整度最好，用APP取代部分EGP可以降低破泡率。(2) EGP與APP以1:1質(zhì)量比協(xié)同添加時，RPUF復(fù)合材料的密度隨著EGP粒徑減小而依次減小，而壓縮強度隨粒徑的減小呈先升高后降低的趨勢，其中以EGP80的壓縮強度最大。(3) RPUF復(fù)合材料的LOI隨EGP粒徑的減小而降低,但是20%