主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
环保高效膨胀型无卤阻燃材料的制备及应用
小类:
能源化工
简介:
近年来特大火灾频频发生,提高材料的阻燃性能刻不容缓。针对现有膨胀型阻燃剂与聚合物相容性、热稳定性和耐水性差等缺点,本作品开发出一种新型高效环保阻燃剂。通过分子设计合成一种多功能阻燃协效剂——有机陶瓷前躯体,填补了其在国内阻燃领域应用的空白,开发出高阻燃、低吸潮性、高热稳定和抗迁移的阻燃聚丙烯材料,进一步拓展PP的应用领域,打破国外厂商在阻燃剂行业的垄断局面,促进我国阻燃剂行业的健康发展。
详细介绍:
近年来特大火灾频频发生,对人们的生命财产造成了极大的危害,因此对材料进行阻燃改性刻不容缓。而传统卤系阻燃剂燃烧时发烟量大、释放有毒气体并造成二次污染,不符合国家在“十二五”规划中提出的开发节能环保新材料政策,故开发一种高效、低毒的无卤阻燃剂势在必行。 膨胀型阻燃剂(IFR)作为一种无卤阻燃剂,以其燃烧时烟雾少、放出气体无害及绿色环保等一系列优点,在国内外聚合物阻燃研究中备受亲睐。但其也存在着与聚合物相容性、热稳定性和耐水性差等不可忽视的缺点。 针对现有IFR的缺点,本作品通过分子设计合成了一种多功能阻燃协效剂—有机陶瓷前躯体(PBSil),将其与IFR协同阻燃PP,将陶瓷的不燃性与聚合物优异性能相结合,开发出具有优良综合性能的阻燃聚丙烯(PP)材料。 与市场所售同类产品相比,在达到相同性能指标下,该产品具有添加量少、成本低、耐湿性好、抗迁移等优点,填补了国内将有机陶瓷前驱体应用于阻燃领域的空白,拓展了PP的应用领域。本作品对打破国外厂商在阻燃剂行业的垄断局面、促进我国阻燃剂行业的健康发展具有重大意义。

作品图片

  • 环保高效膨胀型无卤阻燃材料的制备及应用
  • 环保高效膨胀型无卤阻燃材料的制备及应用
  • 环保高效膨胀型无卤阻燃材料的制备及应用
  • 环保高效膨胀型无卤阻燃材料的制备及应用

作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

目的:本作品为响应国家十二五规划节能环保新材料政策的号召,针对目前含卤阻燃剂释放有毒气体等问题,开发一种高效低毒的无卤膨胀型阻燃材料。拓宽PBSil的应用领域,将其应用到塑料、橡胶、纤维等各领域,实现产品的多元化应用,促进我国阻燃剂及阻燃材料行业的健康发展。 基本思路:1.通过分子设计合成具有不同结构的PBSil。2.以成炭性聚合物为载体树脂,通过熔融共混对IFR进行预处理,研究其用量对阻燃材料力学、阻燃和抗湿等性能的影响。3.将PBSil与预处理的IFR复配制备高效绿色环保的阻燃PP,并探索PBSil在其他聚合物体系中的应用,开发多元化高效阻燃产品. 创新点:1.首次合成了集四种阻燃元素于一体的多功能膨胀型阻燃协效剂——有机陶瓷前躯体,利用陶瓷的不燃性提高聚合物的阻燃性能,从而填补国内将有机陶瓷前驱体应用于阻燃领域的空白。2.通过对PBSil与IFR阻燃PP表面界面性能的研究,发现该体系能够形成一种智能的表面界面层。3.以成炭性聚合物为载体树脂,通过熔融共混对IFR进行预处理,制备了集酸源、气源和炭源于一体的“三位一体”高效膨胀型阻燃母料。 技术关键:1.有机陶瓷前躯体(PBSil)合成单体的选取;2.预处理载体树脂的选择.3.PBSil与预处理IFR复配阻燃PP工艺条件的确定和优化. 主要技术指标:LOI>34%,UL94 通过V-0级,拉伸强度>30MP,缺口冲击强度>3.3KJ/m2,70℃×168h水煮实验后的阻燃性能达到UL-94 V-0级等

科学性、先进性

膨胀型阻燃剂(IFR)作为最有希望代替含卤阻燃剂的一类无卤环保阻燃剂,在国内外聚合物阻燃研究中越来越受到重视。IFR的阻燃机理为其在受热时,成炭剂在脱水剂的作用下脱水成为含炭熔融体,该熔融炭在膨胀剂分解的气体作用下形成蓬松多孔封闭结构的炭层。该炭层在凝聚相中起到隔热、隔氧、抑烟和防止熔滴的作用,并提高聚合物的热解温度,起到阻燃作用。 虽然IFR具有上述优点,但其也存在着不容忽视的缺点,具体表现为:与聚合物相容性差;热稳定性、抗迁移性差;易吸湿;相对于卤系阻燃剂,添加量大、阻燃效率低。 本作品以绿色环保的IFR为主阻燃剂,对IFR进行进一步改进,制备出高效、绿色环保的膨胀型阻燃聚烯烃。 (1)采用成炭聚合物为载体树脂,通过物理包覆制备了集酸源、气源和炭源于一体的“三位一体”高效膨胀型阻燃母料,并将其阻燃PP; (2)通过分子设计合成具有特定结构的有机陶瓷前躯体,与IFR复配阻燃PP,通过原位包覆的方法有效改善IFR的迁移性和抗湿性及其与PP基体的相容性。

获奖情况及鉴定结果

1、第十一届“挑战杯”广东大学生课外学术科技作品竞赛广东省三等奖 2、华南理工大学“赛莱拉”第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛校一等奖 1、2010-2011华南理工大学第一届材料创新大赛名列前茅(3/42) 2、获得华南理工大学2010—2011年度“百步梯”攀登计划一等奖资金支持

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

作品可展示的形式

实物、产品,图片,样品

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

本作品的技术优点和优势: 1.新型协效作用 产品受热燃烧时,在膨胀炭层的表面形成玻璃质/陶瓷保护层,与膨胀炭层共同发挥良好的隔热隔氧作用。 2.高效的阻燃性,优异的抗湿性 本作品开发的产品在达到与市售同类产品性能相当的同时降低了IFR的添加量,提高了阻燃效率,并且产品能在潮湿环境中继续保持优异的阻燃性能。 3.环保绿色产品 适应范围及推广前景: 本作品可应用于PP塑料能应用的所有领域,如家电行业,汽车行业以及装饰行业等。 市场分析及经济效益预测: 本作品开发的产品充分利用了IFR无卤,环保等优点,根据相似相容原理,采用包覆和协同作用,改善IFR与聚合物相容性差,易吸湿等缺点。综合二者的协效作用,达到较好的阻燃效果,同时该产品具有优异的力学性能和抗湿性,解决了IFR添加量大、成本较高的问题,便于实现IFR的工业化生产,并降低阻燃材料制作的成本,提高产品的附加值,开发具有自主知识产权的阻燃体系,利润空间广阔。

同类课题研究水平概述

近年来,为了提高膨胀型阻燃PP的成炭效率、改善炭层结构和提高炭层质量,阻燃科研工作者对分子筛(Zeolite 4A)、粘土(Clay)、硼酸锌(ZnB)和金属氧化物等的协同作用进行了大量的实验研究。其中,以Bourbigot S等关于Zeolite对APP/PER膨胀阻燃体系的协同作用研究最为突出,研究表明,在高温下Zeolite可以作为膨胀阻燃体系的催化剂,能促进体系交联和成炭,从而提高体系的阻燃性能。Tang Y.[24]和Marosi G.发现有机蒙脱土(OMMT)与IFR具有很好的协同阻燃作用,加入少量(0.5wt%-2wt%)的OMMT可以使PP的氧指数(LOI))有较大提高、热释放速率峰值(PHRR)大幅度下降,并研究了其与有机陶瓷前驱体复配协同阻燃PP,发现PP的熔滴现象得到明显改善,加入0.5wt%的OMMT和2wt%的有机陶瓷前驱体时,氧指数由29.0%提高到35.0%。Chen等人以铁粉、羟基硅油、二氧化硅和粘土为协效剂,研究了其对IFR体系的协效作用,发现各协效剂对IFR体系的阻燃性能均有不同程度的提高,加入粘土后体系的热稳定性得到提高,加入二氧化硅后熔滴现象得到抑制。Wang以环糊精和低聚硅氧烷为协效剂协同IFR阻燃聚丙烯,研究了不同添加量对体系氧指数、力学性能的影响,低添加时可代替部分成炭剂,当IFR体系中含6.25wt%环糊精/低聚硅氧烷时,可得到阻燃性能高的阻燃PP。 虽然以上常用协效剂各具优点,但其也存在不足:片层结构的纳米有机蒙脱土虽然具有优良的阻隔性能且添加量少,但其片层燃烧时难以连结在一起,而且其垂直燃烧效果不好;二氧化硅/硅土、分子筛在燃烧时可以形成一定的物理网络,有效地防止了熔滴,但严重恶化了材料的加工性能和力学性能;聚倍半硅氧烷与聚合物有一定的相容性,但其燃烧形成粉末状的硅灰不能连接在一起,阻隔效果不好,阻燃效率低;硼酸锌类硼化物在燃烧 时可形成玻璃质的阻隔层起到很好隔氧隔热的作用,但其易吸水抗湿性差(在湿度很大的环境中很容易就迁移至材料表面而损失掉,失去阻燃性能),但协效阻燃作为一种简单易行、行而有效的方法将会得到进一步研究。 因而开发一种着火时可在材料表面形成类似玻璃质连续的表面层、同时有具有一定的抗湿性的协效阻燃剂势在必行。
建议反馈 返回顶部