膨胀阻燃剂及纳米填料在共混物中分布的调控及协同阻燃效应

Synergistic flame retardant effects between halogen-free flame retardant and nano-fillers have been employed for improving the efficiency of halogen-free flame retardant in polymers. However, the localization of flame retardant and nano-fillers in polymer blends is different from that in polymers and the effect of localization on flame-retardation synergism has been ignored, causing that flame-retardation synergism of flame retardant and nano-fillers cannot play their full role in polymer blends. Therefore, this application should focus on improving efficiency of intumescent flame retardant (IFR) and nano-fillers in polymer blends. The methods which have been often employed for improving synergistic flame retardant effects of IFR and nano-fillers, including nano-scale dispersion of nano-fillers, network structure formed by nano-fillers, multiple nano-fillers as synergetic flame-retardant, should be taken as object of research. A new approach should be employed for controlling the localization of IFR and nano-fillers in polymer blends and compatibilizer is used to control the non-uniformity of localization. The influence of localization and its non-uniformity on flame-retardation synergism of research object should be investigated systematically and then discover their synergistic mechanism. And on this basis the control of localization and its non-uniformity in polymer blends should be employed for improving efficiency of IFR and nano-fillers. This research should have important guidance function for the synergism of IFR and nano-fillers in the flame retardancy of polymer blends.

利用无卤阻燃剂及纳米填料的协同阻燃效应是实现聚合物高效无卤阻燃的重要途径。然而，在聚合物共混物中，阻燃剂及纳米填料具有在聚合物中所不具备的独特分布行为，而现有研究往往忽略了该分布对其协同阻燃效应的影响，导致无法充分发挥纳米填料及阻燃剂在共混物中的协同作用。为此，本项目以实现膨胀阻燃剂及纳米填料在共混物中高效阻燃为目的，以常用于提高膨胀阻燃剂及纳米填料协同阻燃效应的方法，包括纳米填料的纳米分散及其构建的网络结构、多种纳米填料的协同阻燃，为研究对象，采用一种新方法调控膨胀阻燃剂及纳米填料在共混物中的分布，运用增容剂调控分布的不均匀程度，系统研究分布及分布不均匀程度对研究对象协同阻燃效应的影响规律，并剖析其协同阻燃机制。在此基础上，合理调控膨胀阻燃剂及纳米填料的分布及分布的不均匀程度，实现两者在共混物中高效协同阻燃。该研究对于膨胀阻燃剂及纳米填料在共混物中的协同阻燃具有重要的指导作用。

膨胀阻燃剂（IFR）存在阻燃效率较低、导致聚合物基体韧性严重劣化的问题。本项目在聚合物及IFR成炭聚合物构建的共混物中（成炭聚合物形成分散相），通过调控IFR及纳米填料在共混物的分布，实现两者的高效协效阻燃；采用构建部分润湿结构的方式实现相容剂的高效增韧，为解决上述问题提供新途径。.对于多个共混物体系，直接将阻燃剂与之熔融共混，阻燃剂分布于强极性的分散相，采用Harkins扩散方程计算结果与实际分布相符。采用分步熔融加工的方法，成功实现了IFR及纳米填料在共混物不同相畴中分布的调控。系统研究了IFR、纳米填料不同分布对体系阻燃性能的影响，发现IFR及纳米填料的分布对体系阻燃性能影响显著，且相比IFR的分布，纳米填料的分布对体系阻燃性能的影响更为明显。纳米填料分布于分散相，抑制了炭层膨胀，不利于阻燃性能提高；调控纳米填料分布于连续相，使其在体系中构建连续的网络结构，可提高体系黏度，改善炭层质量。IFR分布对残炭量的影响显著：以聚烯烃为基体的共混体系中，IFR分布于成炭聚合物中有利于提高残炭量；在含氧聚合物为基体的共混体系中，IFR分布于基体则有利于提高残炭量。基于上述研究基础，通过调控IFR及纳米填料分布于共混物的适宜相畴，实现两者的高效协效阻燃。.将IFR及纳米填料调控分布于适宜相畴的聚烯烃为基体的共混物中，在成炭聚合物熔融温度以上，采用熔融共混的方式加入相容剂，改变了IFR的分布，导致体系阻燃性能显著降低。在成炭聚合物处于类橡胶态加入高韧性的相容剂，可不改变IFR在体系中的分布，且相容剂可形成独特的部分润湿结构。研究发现部分润湿结构可显著提高体系的冲击强度及断裂伸长率，且对体系的阻燃性能影响较小。系统研究了部分润湿结构的增韧机制。.在上述研究基础上，以准韧性聚合物聚丙烯（PP）的高效阻燃、增韧为目标，采用分步熔融加工的方法调控IFR分布于成炭聚合物尼龙6相，OMMT分布于PP相；加入相容剂POE-g-MAH，并使其形成部分润湿结构，实现了PP的高效阻燃及增韧。