基本信息
- 項目名稱：
- 環(huán)保高效膨脹型無鹵阻燃材料的制備及應用
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 近年來特大火災頻頻發(fā)生，提高材料的阻燃性能刻不容緩。針對現(xiàn)有膨脹型阻燃劑與聚合物相容性、熱穩(wěn)定性和耐水性差等缺點，本作品開發(fā)出一種新型高效環(huán)保阻燃劑。通過分子設計合成一種多功能阻燃協(xié)效劑——有機陶瓷前軀體，填補了其在國內阻燃領域應用的空白，開發(fā)出高阻燃、低吸潮性、高熱穩(wěn)定和抗遷移的阻燃聚丙烯材料，進一步拓展PP的應用領域，打破國外廠商在阻燃劑行業(yè)的壟斷局面，促進我國阻燃劑行業(yè)的健康發(fā)展。
- 詳細介紹：
- 近年來特大火災頻頻發(fā)生，對人們的生命財產(chǎn)造成了極大的危害，因此對材料進行阻燃改性刻不容緩。而傳統(tǒng)鹵系阻燃劑燃燒時發(fā)煙量大、釋放有毒氣體并造成二次污染，不符合國家在“十二五”規(guī)劃中提出的開發(fā)節(jié)能環(huán)保新材料政策，故開發(fā)一種高效、低毒的無鹵阻燃劑勢在必行。 膨脹型阻燃劑（IFR）作為一種無鹵阻燃劑，以其燃燒時煙霧少、放出氣體無害及綠色環(huán)保等一系列優(yōu)點，在國內外聚合物阻燃研究中備受親睞。但其也存在著與聚合物相容性、熱穩(wěn)定性和耐水性差等不可忽視的缺點。 針對現(xiàn)有IFR的缺點，本作品通過分子設計合成了一種多功能阻燃協(xié)效劑—有機陶瓷前軀體（PBSil），將其與IFR協(xié)同阻燃PP，將陶瓷的不燃性與聚合物優(yōu)異性能相結合，開發(fā)出具有優(yōu)良綜合性能的阻燃聚丙烯（PP）材料。 與市場所售同類產(chǎn)品相比，在達到相同性能指標下，該產(chǎn)品具有添加量少、成本低、耐濕性好、抗遷移等優(yōu)點，填補了國內將有機陶瓷前驅體應用于阻燃領域的空白，拓展了PP的應用領域。本作品對打破國外廠商在阻燃劑行業(yè)的壟斷局面、促進我國阻燃劑行業(yè)的健康發(fā)展具有重大意義。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：本作品為響應國家十二五規(guī)劃節(jié)能環(huán)保新材料政策的號召，針對目前含鹵阻燃劑釋放有毒氣體等問題，開發(fā)一種高效低毒的無鹵膨脹型阻燃材料。拓寬PBSil的應用領域，將其應用到塑料、橡膠、纖維等各領域，實現(xiàn)產(chǎn)品的多元化應用，促進我國阻燃劑及阻燃材料行業(yè)的健康發(fā)展。 基本思路：1.通過分子設計合成具有不同結構的PBSil。2.以成炭性聚合物為載體樹脂，通過熔融共混對IFR進行預處理，研究其用量對阻燃材料力學、阻燃和抗?jié)竦刃阅艿挠绊憽?.將PBSil與預處理的IFR復配制備高效綠色環(huán)保的阻燃PP，并探索PBSil在其他聚合物體系中的應用，開發(fā)多元化高效阻燃產(chǎn)品. 創(chuàng)新點：1.首次合成了集四種阻燃元素于一體的多功能膨脹型阻燃協(xié)效劑——有機陶瓷前軀體，利用陶瓷的不燃性提高聚合物的阻燃性能，從而填補國內將有機陶瓷前驅體應用于阻燃領域的空白。2.通過對PBSil與IFR阻燃PP表面界面性能的研究，發(fā)現(xiàn)該體系能夠形成一種智能的表面界面層。3.以成炭性聚合物為載體樹脂，通過熔融共混對IFR進行預處理，制備了集酸源、氣源和炭源于一體的“三位一體”高效膨脹型阻燃母料。 技術關鍵：1.有機陶瓷前軀體（PBSil）合成單體的選取;2.預處理載體樹脂的選擇.3.PBSil與預處理IFR復配阻燃PP工藝條件的確定和優(yōu)化. 主要技術指標：LOI>34%，UL94 通過V-0級，拉伸強度>30MP,缺口沖擊強度>3.3KJ/m2,70℃×168h水煮實驗后的阻燃性能達到UL-94 V-0級等
科學性、先進性
- 膨脹型阻燃劑（IFR）作為最有希望代替含鹵阻燃劑的一類無鹵環(huán)保阻燃劑，在國內外聚合物阻燃研究中越來越受到重視。IFR的阻燃機理為其在受熱時，成炭劑在脫水劑的作用下脫水成為含炭熔融體，該熔融炭在膨脹劑分解的氣體作用下形成蓬松多孔封閉結構的炭層。該炭層在凝聚相中起到隔熱、隔氧、抑煙和防止熔滴的作用，并提高聚合物的熱解溫度，起到阻燃作用。 雖然IFR具有上述優(yōu)點，但其也存在著不容忽視的缺點，具體表現(xiàn)為：與聚合物相容性差；熱穩(wěn)定性、抗遷移性差；易吸濕；相對于鹵系阻燃劑，添加量大、阻燃效率低。 本作品以綠色環(huán)保的IFR為主阻燃劑，對IFR進行進一步改進，制備出高效、綠色環(huán)保的膨脹型阻燃聚烯烴。 (1)采用成炭聚合物為載體樹脂，通過物理包覆制備了集酸源、氣源和炭源于一體的“三位一體”高效膨脹型阻燃母料，并將其阻燃PP； (2)通過分子設計合成具有特定結構的有機陶瓷前軀體，與IFR復配阻燃PP，通過原位包覆的方法有效改善IFR的遷移性和抗?jié)裥约捌渑cPP基體的相容性。
獲獎情況及鑒定結果
- 1、第十一屆“挑戰(zhàn)杯”廣東大學生課外學術科技作品競賽廣東省三等獎 2、華南理工大學“賽萊拉”第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽校一等獎 1、2010-2011華南理工大學第一屆材料創(chuàng)新大賽名列前茅（3/42） 2、獲得華南理工大學2010—2011年度“百步梯”攀登計劃一等獎資金支持
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，圖片，樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品的技術優(yōu)點和優(yōu)勢： 1．新型協(xié)效作用 產(chǎn)品受熱燃燒時，在膨脹炭層的表面形成玻璃質/陶瓷保護層，與膨脹炭層共同發(fā)揮良好的隔熱隔氧作用。 2．高效的阻燃性，優(yōu)異的抗?jié)裥? 本作品開發(fā)的產(chǎn)品在達到與市售同類產(chǎn)品性能相當?shù)耐瑫r降低了IFR的添加量，提高了阻燃效率，并且產(chǎn)品能在潮濕環(huán)境中繼續(xù)保持優(yōu)異的阻燃性能。 3．環(huán)保綠色產(chǎn)品 適應范圍及推廣前景： 本作品可應用于PP塑料能應用的所有領域，如家電行業(yè)，汽車行業(yè)以及裝飾行業(yè)等。 市場分析及經(jīng)濟效益預測： 本作品開發(fā)的產(chǎn)品充分利用了IFR無鹵，環(huán)保等優(yōu)點，根據(jù)相似相容原理，采用包覆和協(xié)同作用，改善IFR與聚合物相容性差，易吸濕等缺點。綜合二者的協(xié)效作用，達到較好的阻燃效果，同時該產(chǎn)品具有優(yōu)異的力學性能和抗?jié)裥裕鉀Q了IFR添加量大、成本較高的問題，便于實現(xiàn)IFR的工業(yè)化生產(chǎn)，并降低阻燃材料制作的成本，提高產(chǎn)品的附加值，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的阻燃體系，利潤空間廣闊。
同類課題研究水平概述
- 近年來，為了提高膨脹型阻燃PP的成炭效率、改善炭層結構和提高炭層質量，阻燃科研工作者對分子篩（Zeolite 4A）、粘土（Clay）、硼酸鋅（ZnB）和金屬氧化物等的協(xié)同作用進行了大量的實驗研究。其中，以Bourbigot S等關于Zeolite對APP/PER膨脹阻燃體系的協(xié)同作用研究最為突出，研究表明，在高溫下Zeolite可以作為膨脹阻燃體系的催化劑，能促進體系交聯(lián)和成炭，從而提高體系的阻燃性能。Tang Y.[24]和Marosi G.發(fā)現(xiàn)有機蒙脫土（OMMT）與IFR具有很好的協(xié)同阻燃作用，加入少量（0.5wt%-2wt%）的OMMT可以使PP的氧指數(shù)（LOI)）有較大提高、熱釋放速率峰值（PHRR）大幅度下降，并研究了其與有機陶瓷前驅體復配協(xié)同阻燃PP，發(fā)現(xiàn)PP的熔滴現(xiàn)象得到明顯改善，加入0.5wt%的OMMT和2wt%的有機陶瓷前驅體時，氧指數(shù)由29.0%提高到35.0%。Chen等人以鐵粉、羥基硅油、二氧化硅和粘土為協(xié)效劑，研究了其對IFR體系的協(xié)效作用，發(fā)現(xiàn)各協(xié)效劑對IFR體系的阻燃性能均有不同程度的提高，加入粘土后體系的熱穩(wěn)定性得到提高，加入二氧化硅后熔滴現(xiàn)象得到抑制。Wang以環(huán)糊精和低聚硅氧烷為協(xié)效劑協(xié)同IFR阻燃聚丙烯，研究了不同添加量對體系氧指數(shù)、力學性能的影響，低添加時可代替部分成炭劑，當IFR體系中含6.25wt%環(huán)糊精/低聚硅氧烷時，可得到阻燃性能高的阻燃PP。 雖然以上常用協(xié)效劑各具優(yōu)點，但其也存在不足：片層結構的納米有機蒙脫土雖然具有優(yōu)良的阻隔性能且添加量少，但其片層燃燒時難以連結在一起，而且其垂直燃燒效果不好；二氧化硅/硅土、分子篩在燃燒時可以形成一定的物理網(wǎng)絡，有效地防止了熔滴，但嚴重惡化了材料的加工性能和力學性能；聚倍半硅氧烷與聚合物有一定的相容性，但其燃燒形成粉末狀的硅灰不能連接在一起，阻隔效果不好，阻燃效率低；硼酸鋅類硼化物在燃燒 時可形成玻璃質的阻隔層起到很好隔氧隔熱的作用，但其易吸水抗?jié)裥圆睿ㄔ跐穸群艽蟮沫h(huán)境中很容易就遷移至材料表面而損失掉，失去阻燃性能），但協(xié)效阻燃作為一種簡單易行、行而有效的方法將會得到進一步研究。 因而開發(fā)一種著火時可在材料表面形成類似玻璃質連續(xù)的表面層、同時有具有一定的抗?jié)裥缘膮f(xié)效阻燃劑勢在必行。
