北京石油化工学院
本科生毕业设计（论文）外文文献翻译
学生姓名： 谢圣武 专 业： 高分子材料与工程 学 号： 5120121503 指导教师（签字）：
材料科学与工程学院 2016年 3 月 8 日
三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂/聚丙烯复合材料的性能研究
刘亚青，赵贵哲
中国太原工程技术研究中心，山西省高分子复合材料,中北大学材料学院科学与工程系
摘要：合成三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂,然后准备好三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂 /聚丙
烯(PP)复合材料。 通过热重分析(TGA)结果表明，三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂有很好的热稳定性。三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂 /聚丙烯复合材料的可燃性和力学性能通过进行调查极限氧指数实验,UL 94 v阻燃性测试、锥形量热法、拉伸实验分别测试。这表明三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂/ PP复合材料具有很好的拉强度、冲击强度、阻燃性能和三聚氯化磷腈 /PP复合材料具有可抑烟的功能。。
关键词：微胶囊, 聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂 /聚丙烯阻燃, 抑制吸烟性能,力学性能
1，介绍
在工业和日常生活中微胶囊是最为有用的商业聚合物材料，而且有各种各样的形式[1,2]。然而,聚丙烯的应用将导致增加火灾风险,因为他们具有的极限氧指数很低(LOI)。因此,阻燃剂在聚丙烯中的应用是一个很重要的因素。在以前的研究工作中(3 - 7),各种形式的阻燃剂用于改善可燃性。但是,他们中只有几个在商业上取得成功。
当前对阻燃剂的规定提高了安全和环境保护标准，导致形成新的环境发展友好型结构。最近,列文就开发新的阻燃剂提出各种各样的问题 [8]。三聚氯化磷腈已被广泛研究,因为他们有良好的阻燃性和环境安全[9]。然而,他们的热稳定性较低他们和PP有很低的兼容性，这导致降低复合材料的力学性能而且他们的应用。
这些问题可以通过微型胶囊的技术来解决。微型胶囊是一个包络微观的物质(固体颗粒、液体的液滴或气泡)的聚合物形成一个坚实的薄膜的过程(11、12)。这个核/壳结构允许在直接环境的隔离条件下封装物质,从而保护它免受任何危险因素，例如温度提高了分散。制备三聚氯化磷腈微胶囊的研究工作在以前已经被报道(13、14),但很少有工作报告他们在聚合物的阻燃性能和力学性能方面的影响。
这里,对三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂制备及其热稳定性进行了热分析。此外, 在三聚
氯化磷腈微胶囊阻燃剂/聚丙烯(PP)复合材料进行了进一步的准备和在他们的阻燃性能和力学性能方面进行了研究。
2，实验
2.1材料
首先，根据先前查阅的文献合成三聚氯化磷腈。由中国天津化学试剂公司提供的十二烷基苯磺酸钠、甲苯、正己烷二胺和2,4-甲苯二异氰酸酯。聚丙烯(T30s,熔体流动指数每10分钟的4 g在230℃和2160 g负载下)从Shenma C有限公司购买。
2.2制备微胶囊三聚氯化磷腈
根据以前的工作，可知微胶囊三聚氯化磷腈是通过界面聚合的过程合成的 [13]。
2.3三聚氯化磷腈聚丙烯复合材料的制备
复合材料是由混合与阻燃PP树脂(三聚氯化磷腈微胶囊或三聚氯化磷腈) 和其他添加剂通过双滚轮机混合挤压而成。所含的阻燃复合材料是40%(质量)。 在挤压过程中,气缸温度分别控制在180℃,190℃和200℃。然后混合物通过注射成型机被塑造成测试样品。 2.4阻燃剂及其复合材料的特征
根据热重量分析法(TG)，用DT-40热分析仪(日本岛津制作所有限公司) 在氮气气氛下进行分析，在温度范围为100 - 600℃和15℃每分钟的加热率和20L每分钟的气体流量的条件下进行测量。根据UL 94合作意向书标准进行测试和锥形量热计进行测试来评估这些材料的阻燃性能。根据ASTM d – 2863标准，LOI使用斯坦顿Redcroft自贸区氧指数仪(英国Tarlin科技有限公司)与100毫米×6.5毫米×3毫米的标本进行测试。根据302FMVSS / ZSO 3975标准，UL 94 v阻燃性由CZF-2整合垂直发射仪器(江宁乐器厂、南京、中国)与127毫米×12.7毫米×3毫米标本进行测试。根据ASTM e – 1354标准，用来测量的锥形量热计是由三世C3量热器(Toyoseiki有限公司日本)生产的。样本(100 mm×100 mm×3毫米)受到的热通量下35 kw·m - 2。结果通常被认为是可再生的±10%。数据报告取三个重复实验的平均值。根据
GB / t1040 - 92国标，在LJ - 10000 N机械拉力下进行抗拉强度试验, 根据GB / t1843 - 80国标，缺口冲击强度测试在XGV-22G悬臂梁冲击试验机下进行试验。
由h - 600型电子显微镜(日立、日本) 进行透射电子显微镜(TEM)测试。TEM观测复合材料的样本是由超薄切片技术然后进行用OsO4染色来解决。
3，结果与讨论
3.1三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂的性能
三聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂是通过界面聚合过程合成的[13]。纯环状氯化磷腈和三聚氯化磷腈微胶囊的质量损失比如图1所示。从图1可以看出,纯环状氯化磷腈从100℃开始进行热降解，在300℃质量已经失去了96%，这些失去的质量主要是因为在加热过程中释放了NH3,HCL气体和N2。
图1热重分析(TGA) 环状氯化磷腈(a)和三聚氯化磷腈微胶囊(b)
三聚氯化磷腈微胶囊的热降解发生在350℃。关于三聚氯化磷腈微胶囊在350 - 600℃之间的退化是由于微胶囊的形成与聚脲的外壳,可有效防止环状氯化磷腈退化和提高环状氯化磷腈的热稳定性。这个结果和先前的研究工作是一致的。
3.2环状氯化磷腈 /聚丙烯复合材料的性质
三聚氯化磷腈微胶囊/聚丙烯复合材料的TEM照片如图2所示。
TEM照片(a)三聚氯化磷腈微胶囊 / PP复合材料和(b)环状氯化磷腈 / PP复合材料
图2(a)表明三聚氯化磷腈均匀分布在PP基体中，粒子的形状是平均大小为10μm的球形。与环状氯化磷腈/聚丙烯复合材料相比,聚合是在后来聚合的(见图2(b))。它表明三聚氯化磷腈微胶囊可以与PP进行很好的兼容，这是由于它提高了与PP的混合度，从而形成交联结构的外壳。
3.2.1阻燃性能
表1显示, 含阻燃剂的PP复合材料存在高于纯PP40%(质量)的缺失值。
三聚氯化磷腈微胶囊聚丙烯复合材料的性质研究
表1 PP和复合材料的阻燃性能
样品 价值 UL94V分类 PP 17.9 / 环状氯化磷腈聚丙烯 21.5 V-2
三聚氯化磷腈微胶囊聚丙烯 31.4 V-0 原因可能是分解三聚氯化磷腈微胶囊稀释样品可以在可燃物表面挥发出保护性氧化物，从而降低了氧扩散反应中心。这些氧化物可以延缓传热,因此可以提高防火性能。此外,较高的热稳定性和均匀分布的三聚氯化磷腈微胶囊在也扮演着重要的角色，在可燃性性能方面的提高,这也证实了热重分析(TGA)和TEM的结果。
纯PP复合材料的热释放率(HRR)用锥形量热计进行测量。最高热释放率是用来评估消防安全的最重要的参数[15]。图3表明,纯PP和环状氯化磷腈/ PP复合材料燃烧点火后非常快,迅速达到曲线顶点；然而,加载三聚氯化磷腈微胶囊后的结果则明显的减少。最高热释放率的复合材料为40%(质量) 三聚
氯化磷腈微胶囊分别是71%和67%低于40%(以质量计)纯PP 环状氯化磷腈复合。结果表明, 三聚氯化磷腈微胶囊改变了PP的热氧化退化机理。同时,图3显示,峰的形状显示三聚氯化磷腈微胶囊只有一个宽峰。它表明三聚氯化磷腈微胶囊的存在影响PP的燃烧效率。
图3热释放率曲线(a)纯PP、(b) 环状氯化磷腈 PP和(c) 三聚氯化磷腈微胶囊PP
● a; ▲ b; ▼ c
另一个主要参数相关热释放率的质量损失率(MLR)燃烧[16]。图4显示了质量损失率的演变趋势和热释放速率(图3)是一样的。 这种阻燃机理表明的三聚氯化磷腈微胶囊在凝聚阶段是占主导地位的。一些锥形量热法测量的数据列在表2。这些数据包括最高热释放速率、质量损失率、热总释放(THR), 一氧化碳的平均收益率(yco ), 二氧化碳的平均收益率(2coy)含糊其辞,和烟的总释放量(TSR)。
表2锥形量热计测试参数和复合材料
项目 PP 环状聚氯化磷腈PP 三聚氯化磷腈微胶囊PP
THR, MJ·g－1 86 71 32 pHRR, MLR, yco, ml·L－1 126 101 86 % 0.73 0. 0.21 yco2 , TSR, m2·kg－1 637 566 495 kW·m－2 g·s－1 925 0.31 813 270 0.25 0.12 热释放速率是用来评估样品的燃烧的放热; 质量损失率表征质量的损失。一氧化碳和二氧化碳表征样品释放的毒性气体。这些值越低,释放的热量越少,烟雾和有毒气体也越少[17]。这些数据显示一些信息如下: 由于三聚氯化磷腈的存在热释放速率的最大值,质量损失率, 热总释放(THR),。当三聚氯化磷
腈形成微胶囊,这些值大大降低。这些结果表明,添加三聚氯化磷腈微胶囊降低了聚丙烯的可燃性。
图4热释放率曲线(a)纯PP(b) 环状氯化磷腈 PP和(c) 三聚氯化磷腈微胶囊PP
● a; ▲ b; ▼ c
3.2.2 PP的力学性能和复合材料
纯PP 环状氯化磷腈PP复合材料, 三聚氯化磷腈微胶囊 PP复合材料的力学性能,在表3中给出。
表3页和复合材料的力学性能
样品 PP 环状聚氯化磷腈PP 三聚氯化磷腈微胶囊PP 拉伸强度，Mpa 37.2 26.3 33.9 冲击强度，kJ·m－2 3.1 2.0 2.5 由上表3可知，复合材料的拉伸强度和冲击强度低于纯PP。结果归因于高阻燃剂的浓度,这削弱了复合材料的力学性能。然而,与环状氯化磷腈PP复合材料相比较, 三聚氯化磷腈微胶囊PP复合材料获得了超过29%和25%的更好的拉伸强度和冲击强度。微胶囊对力学性能的积极影响是提高了兼容性和形成交联结构的壳,从而导致三聚氯化磷腈微胶囊均匀分布在PP中。
4, 结论：
根据聚氯化磷腈微胶囊阻燃剂的合成和TGA的特征，表明三聚氯化磷腈微胶囊的热分解温度是200℃，高于环状氯化磷腈的热分解温度,表明前者具有更高
的热稳定性。此外, 三聚氯化磷腈微胶囊阻燃PP的引入, 与纯PP和环状氯化磷腈作为阻燃剂进行比较，可以显著改善复合材料的可燃性。结果归因于凝聚相机理和在PP中均匀分布的三聚氯化磷腈微胶囊。此外, 分别与纯PP和环状氯化磷腈/ PP复合材料的抗拉强度和冲击强度相比较，三聚氯化磷腈微胶囊/PP的抗拉强度略有降低,冲击强度增加, ,这是由于有统一色散三聚氯化磷腈微胶囊/PP的原因。
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