2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷通过气相机理会产生阻燃作用

近些年的研究表明,2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷可作为传统阻燃剂的增效剂,当其用量很小时就能产生很好的阻燃增效作用。这无疑有助于解决传统阻燃剂存在的问题,为发展绿色有效阻燃剂开辟了一条崭新的途径。但目前关于该阻燃体系的阻燃规律、阻燃聚丙烯(PP)的燃烧行为及作用机理还未见报道。下面就一起来看看吧。

通过垂直燃烧试验(UL94)、氧指数(LOI)测定和锥形量热试验(CCT)研究了2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷对次磷酸铝(ALHP)和三聚氰胺氢溴酸盐(MHB)复合体系、二乙基次膦酸铝(ADP)和MHB复合体系、聚磷酸铵(APP)和MHB复合体系分别阻燃均聚聚丙烯(PPH)和共聚聚丙烯(PPB)的增效作用。结果表明:2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷对ALHP/MHB阻燃PP具有良好的阻燃增效作用。当2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷、ALHP和MHB的添加量(占总物料量的质量分数)分别为0.25%、1.00%和1.50%时,PPH的LOI可达到25.8%,UL94达到V-2级;当2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷、ALHP和MHB的添加量分别为0.25%、2.50%和2.50%时,PPB的LOI可达到23.4%,UL94达到V-2级。

添加ALHP/MHB明显降了PP的极高热释放速率(PHRR)、热释放总量(THR),平均有效燃烧热(MEHC)和极高有效燃烧热(PEHC),延长了完全燃烧所需的时间,使燃烧变得缓慢,复合2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷使以上参数变得更为显著。

2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷对ADP/MHB阻燃PP也具有一定的阻燃增效作用。当2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷、ADP和MHB的添加量分别为0.25%、1.50%和1.00%时,PPH的LOI可达到24.7%,UL94达到V-2级;当2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷、ADP和MHB的添加量分别为0.25%、3.00%和2.00%时,PPB的LOI可达到22.5%,UL94达到V-2级。添加ADP/MHB对PP的PHRR、THR,MEHC和PEHC有减幅趋势,在一定程度上延长了完全燃烧所需的时间,燃烧变慢,但复合2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷对以上参数改变不大。

2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷对APP/MHB阻燃PP也具有阻燃协效作用,与ALHP/MHB和ADP/MHB相比,效果较差。2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷、APP和MHB的添加量分别为0.25%、1.50%和1.00%时,PPH的LOI可达到23.3%,UL94达到V-2级;当2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷、APP和MHB的添加量分别为0.25%、4.00%和4.00%时,PPB的LOI可达到23.0%,UL94达到V-2级。添加APP/MHB对PP的PHRR、THR,MEHC和PEHC也有一定的减幅趋势,使完全燃烧所需的时间有所延长,燃烧变慢,但复合2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷的阻燃效果不是很明显。通过热重分析(TGA)研究了以上阻燃体系对PP热稳定性的影响。结果表明,添加ALHP/MHB降低了PP的热稳定性,复合2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷使PP的热稳定性进一步降低;添加ADP/MHB增加了PPH的热稳定性,但降低了PPB的热稳定性,但影响小于ALHP/MHB。复合2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷使PP的热稳定性降低。通过CCT残余物分析和高温裂解-气相色谱-质谱联用(PyGC-MS)分析研究了2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷对磷溴复合阻燃PP的增效机理。2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷/ALHP/MHB和2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷/ADP/MHB主要是通过气相机理对PP产生阻燃作用。

2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷燃烧时裂解成的二甲基苯基叔碳自由基与燃烧过程中的活性自由基结合而抑制燃烧,使火焰熄灭。此外,ALHP/MHB或ADP/MHB的裂解产物促进了PP的炭化,形成少量的不易燃烧的炭,即由此而产生较弱的凝聚相阻燃。PP/2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷/ALHP/MHB燃烧时释放出剧毒的磷烷,并产生较多的CO及烟,因此,存在一定的安全隐患。PP/2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷/ADP/MHB和PP/2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷/APP/MHB燃烧时不释放出剧毒的磷烷,因而安全性好,同时也会伴随着CO及烟气的排放,相对来说,PP/2.3-二甲基-2.3-二苯基丁烷/APP/MHB的烟释放量会有所减少。

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