课题基金 / 基金详情

高效、抑烟膨胀阻燃体系的设计制备及其在聚烯烃中的应用基础研究

批准号:
52073043
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
许苗军
依托单位:
学科分类:
高分子共混与复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
许苗军

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
基于膨胀阻燃剂(IFR)在阻燃聚烯烃材料研究及应用中存在的阻燃效率不高、发烟量大等关键技术问题,本项目通过结构设计并制备系列同时含多种金属离子的金属有机框架配合物(MOFs),分别研究MOFs对聚烯烃材料和IFR的催化成炭性能,阐明MOFs的组成与性能间的关系,优选出高性能MOFs,与IFR复配用于聚烯烃的阻燃。研究材料的阻燃性能、燃烧行为、烟气及毒性气体释放、力学及加工等性能,阐明MOFs的结构、组成、IFR的组分及添加量与聚烯烃的结构和性能(尤其是阻燃、抑烟、减毒行为)间的内在联系和影响规律,优选出高性能IFR体系。研究阻燃聚烯烃材料在热降解及燃烧过程中气相和凝聚相产物的结构、组成、变化规律,推导出材料的热分解历程,阐明膨胀阻燃体系对聚烯烃材料的高效阻燃、抑烟、减毒的作用机理,充实催化阻燃理论,为开发高性能膨胀阻燃剂及综合性能优异的阻燃、低烟、低毒聚烯烃材料奠定理论基础,提供应用指导。
英文摘要
Based on the key technical problems of the low flame retardant efficiency, large amount of smoke existed in the application of intumescent flame retardant (IFR) in polyolefin. In this project, we will design and prepare series of metal organic frameworks (MOFs) containing multiple metal ions. The catalytic charring performance of MOFs for IFR and polyolefin will be investigated, respectively. The relationship between the MOFs composition and the catalytic charring performance will be clarified. The MOFs with high-performance will be selected, and it will combine with IFR and then used to prepare flame retardant polyolefin composites. The flame retardancy, combustion behavior, the emission of smoke and toxic gas, the mechanical and processing properties of the materials will be investigated. The relationship and influence laws between the structure and composition of MOFs, the components and addition amount of IFR and the performance especially the flame retardancy, smoke suppression and toxicity reduction of the resultant flame retardant polyolefin composites will be clarified. The high performance IFR system will be obtained. The structure, composition and change law of the products in gas and condensed phase during thermal degradation and combustion process will be studied. The thermal decomposition process of materials will be deduced. The mechanism of high efficient flame retardant, smoke suppression and toxicity reduction of IFR system for polyolefin materials will be clarified, and it can further enrich the catalytic flame retardant theory. The theoretical foundation and application guidelines will be provided for researching and developing the high performance IFR and low smoke and toxicity, high efficient flame retarded polyolefin materials with excellent comprehensive performance.
本项目针对膨胀型阻燃剂(IFR)在聚烯烃等材料在阻燃改性过程中存在的阻燃效率不高、燃烧时烟气及毒性气体释放量多的关键问题,制备了系列含不同金属离子的有机金属框架配合物(MOFs)并与IFR协同阻燃聚烯烃材料,研究了材料的阻燃性能、燃烧行为、烟气及毒性气体释放等性能,研究了阻燃剂的组分及添加量与材料性能间的内在联系和影响规律,阐明了高效阻燃及抑烟作用机理。MOFs中的金属离子与IFR分解产生的酸类物质发生络合,形成交联网络结构,从而加速IFR的膨胀和成炭,在800℃时IFR的成炭量由24.9%提高到了63.5%,且形成的炭层在高温下具有良好的热稳定性和机械强度。少量MOFs的引入能有效提高材料的阻燃效率,例如:当焦磷酸哌嗪(PPAP)和Ce-MOF的质量比为97:3,添加量仅为17wt%时,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)材料就能通过垂直燃烧测试的UL-94 V-0级。由于MOFs优异的催化成炭性能,从源头上减少了产生热量、烟气和有毒性气体的原料,EVA/PPAP/Ce-MOF的总烟释放量和总热释放量比EVA/PPAP分别降低了51.9%和25.6%,有效提高了材料的火安全性能。此外,由于MOFs的有机无机杂化特性及高比表面积,附着在极性阻燃剂表面使阻燃剂与聚合物具有更好的相容性,从而提高了阻燃材料的耐水及力学性能。因此,MOFs材料引入膨胀阻燃聚烯烃等材料中,有效提高了材料的阻燃效率、抑制了烟气释放、提高了力学及耐水性能。此外,该项目还研究了片层结构的协效剂,具有良好的阻隔作用;多孔结构的协效剂在炭层中起到支点的作用,从而有效提高炭层强度。有机硅协效剂,如聚碳硅烷等,不仅能有效提高炭层强度,同时提高材料的耐水性能。项目还将上述阻燃体系在环氧树脂、生物基尼龙等材料进行了拓展应用。通过该项目的研究,为制备综合性能优异的阻燃、低烟、低毒的聚烯烃等材料提供理论基础和应用指导。
高阻燃耐老化聚烯烃新体系的构筑及其阻燃抗老化机理研究
  • 批准号:
    52473071
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    许苗军
  • 依托单位:
耐水三嗪氮-磷单分子型膨胀阻燃剂的合成及其在聚烯烃中的作用机理研究
  • 批准号:
    51673035
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    许苗军
  • 依托单位:
国内基金
海外基金