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微胶囊聚磷酸铵用于全水发泡聚氨酯硬质泡沫阻燃性能研究

王一帆  
【摘要】:聚氨酯硬质泡沫塑料作为一种新型的高分子材料,具有比强度高,保温隔热性能好、可塑性强等优点,被广泛应用于建筑、交通、体育、医疗等领域。而未经过阻燃处理的聚氨酯硬质泡沫极限氧指数较低,极易发生燃烧释放有毒气体又限制了其应用,对聚氨酯硬质泡沫进行阻燃性研究具有现实意义。聚磷酸铵是阻燃效果较为显著的环保阻燃剂,但自身易吸湿氧化变质影响其阻燃效果,对其进行微胶囊处理后的应用受到广泛关注。本文研究以水作为发泡剂,制备聚氨酯硬质泡沫并对原料与助剂的用量进行对比分析,优化了配方。通过沉淀法与原位聚合法分别制备被氢氧化铝与三聚氰胺甲醛树脂包覆的聚磷酸铵,将其作为阻燃剂添加到聚氨酯硬质泡沫中,研究微胶囊改性后的聚磷酸铵对聚氨酯硬质泡沫的阻燃性能的影响。(1)以水作为发泡剂制备聚氨酯硬质泡沫,通过改变水的添加量,研究不同添加量情况下,聚氨酯硬质泡沫的密度、压缩强度、拉伸强度与极限氧指数变化情况。实验结果可知,随着水的添加量的增加,聚氨酯硬质泡沫的密度、压缩强度、拉伸强与极限氧指数均保持下降。(2)采用微胶囊技术,以聚磷酸铵为芯材,分别应用沉淀法与原位聚合法将氢氧化铝(ATH)与三聚氰胺甲醛树脂预聚体(MF)作为壁材对芯材进行包覆。通过对制备的微胶囊阻燃剂进行SEM扫描电镜、EDS元素分析确定壁材对聚磷酸铵的包覆情况;溶解度测试显示,两种壁材包覆后的聚磷酸铵溶解度分别从0.857g/100mL降低到0.394g/100mL与0.296g/100mL,聚磷酸铵耐水性得到提高;热失重分析显示微胶囊包覆后的聚磷酸铵具有更高的热稳定性与残炭量。(3)以上述两种微胶囊聚磷酸铵作为阻燃剂,应用于全水发泡法制备阻燃聚氨酯硬质泡沫,对聚氨酯硬质泡沫进行极限氧指数、UL94垂直燃烧等级以及热失重等测试。实验结果表明,PU/ATHAPP极限氧指数提高到25.5%;当ATHAPP添加量≥20%时,可通过UL-94 V-O测试,燃烧后最终残炭量提升到8.1%;PU/MFAPP极氧指数提高到26.3%,当MFAPP添加量≥15%时,可通过UL-94 V-O测试,热失重分析结果最终残炭量为10%。上述实验结果表明,ATHAPP与MFAPP均能够提高聚氨酯硬质泡沫的阻燃性能。


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