图1聚(4-硝基苯氧基) - 磷腈(DPP)的结构图图4. ABS,DPP和ABS-DPP的残碳曲线图6. ABS-DPP的模拟阻燃机理图
ABS树脂是一种广泛使用的热塑性材料,以良好的耐化学性能、机械性能、和加工性能而著称。其缺点主要体现在高度易燃性、易滴落,对其进行阻燃改性以扩大其应用范围很有必要。
膨胀型阻燃剂对ABS阻燃效果明显,但传统IFR体系中季戊四醇等多羟基基团的引入导致聚合物的耐水性问题明显。四川大学蔡旭福老师及其课题组杨云云同学利用聚(4-硝基苯氧基)磷腈(DPP)作为阻燃成炭剂,用来提升ABS树脂的阻燃、成炭与耐水性。
(4-硝基苯氧基)-环三磷腈类物质中含硝基,可有效提高N的含量,且硝基化合物具有促进成炭和抗滴落的能力。研究者将实验室自制聚(4-硝基苯氧基) - 磷腈(DPP)和ABS按比例(3:7)机械共混,制备复合材料。对ABS,DPP, ABS-DPP复合材料的热性能,燃烧性能进行测试分析:
图2 氮气氛围下ABS,DPP,ABS-DPP-Exp(实验测定)和ABS-DPPCal(由70%ABS,30%DPP理论模拟)(a)TGA和(b)DTG曲线
图3 空气氛围下ABS,DPP,ABS-DPP-Exp(实验测定)和ABS-DPPCal(由70%ABS,30%DPP理论模拟)(a)TGA和(b)DTG曲线
TGA测试表明DPP初始分解温度低于ABS,但DPP和DPP-ABS的残炭量远高于ABS。 N2氛围下,ABS-DPP样品的残炭量在氮气中从0%增加到20%以上,空气氛围下从0.7%增加到3.9%。空气氛围下,ABS热解气体是ABS-DPP的1.37倍,表明DPP良好的成炭性,并可提高ABS的热稳定性。
CONE测试对比分析ABS和ABS-DPP的燃烧性能,纯ABS的pHRR值可达到698.0 kW / m2,添加30%DPP后,ABS-DPP的pHRR值降为527.8 kW / m2,THR值由纯ABS的106.6 MJ / m2降为ABS-DPP的63.9 MJ / m2,残炭量纯ABS接近0,而ABS-DPP可达到20%以上,与TGA测试结果类似。CONE测试表明DPP的引入可使ABS燃烧性能提升。
图5 ABS与ABS-DPP经CONE测试后的(a)残炭形貌,(b)热释放速率,(c)总热释放量,(d)质量损失曲线
此外,研究者进行LOI和UL94测试,LOI值可由18%左右提升至24%左右,UL94由无级别达到V-2或V-1级别。且DPP几乎不会影响ABS的耐水性。
研究者对复合材料的阻燃机理分析,主要体现在炭层的阻隔作用,隔氧、隔热、隔绝火焰与基体的接触。
最后研究者对材料的拉伸性能与断裂伸长率进行探究,尽管DPP的引入降低了ABS的拉伸强度,但有效提高了其断裂伸长率。
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