含硼聚氨酯的合成及阻燃性能研究

作     者：夏莉 

作者单位：安徽建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘瑾

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：含硼聚氨酯 阻燃改性 结构与性能 

摘      要：聚氨酯是由硬段和软段聚合而成,是一种嵌段聚合物。聚氨酯材料以软硬段可调、良好的机械性能、耐磨性、耐低温等优点,广泛应用于建筑、机械、精细化学品等领域。但是由于聚氨酯中含有大量的C、H、O等元素,使得其是一种易燃性的高分子材料。在燃烧的过程中,火焰传播快,放热量高,释放有毒气体等,这些有毒气体对人体造成严重的伤害。因此,有必要开发用于聚氨酯材料的新配方,提高聚氨酯材料的阻燃性,而环保型含硼阻燃剂因其具有抑烟、稳定性好、阻燃性好等优点而成为研究的热点。论文的主要工作如下:1.首先研究了含硼多元醇(硼酸双甘油酯)对聚氨酯阻燃性能的影响。硼酸双甘油酯通过酯化反应合成,通过红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(H-NMR)表征了材料的结构。然后进行热重分析(TGA)、垂直燃烧试验(UL-94)、极限氧指数(LOI)、锥形量热仪(CCT)等测试,研究了含硼聚氨酯的热稳定性和燃烧行为。结果表明:随着硼酸双甘油酯含量的增加,材料的阻燃性能增强,热性能也增强。当体系中硼酸双甘油酯的含量从13.6%增加到25.7%,LOI从23.8%增加到30.0%,成炭率提高,放热率降低,提出了聚氨酯的阻燃性能与硼含量呈正相关。通过扫描电镜(SEM)、残渣数码照片、FTIR、拉曼光谱和X射线衍射(XRD)等分析表明,残炭形成了连续致密的焦层,从而提出了凝聚相阻燃机理。2.利用发泡技术制备出含有含氮多元醇(MADP)、含硼多元醇(硼酸双甘油酯)、含磷阻燃剂(DOPO)的阻燃硬质聚氨酯泡沫(RPUF)。用FTIR和H-NMR表征MADP和硼酸双甘油酯的结构。采用TGA、LOI和CCT对RPUFs的热稳定性和燃烧行为进行了表征。结果表明,MADP、DOPO和硼酸双甘油酯具有良好的协同效应,RPUF阻燃复合材料的热稳定性和阻燃性显著提高。3.通过自由发泡技术制备出含有含氮多元醇(MADP)和三聚氰胺硼酸盐(MB)的阻燃硬质聚氨酯泡沫RPUF。用FTIR对MADP和MB的结构进行了表征,采用TGA和LOI对RPUF的热稳定性能和阻燃性能进行测试。结果表明:MADP与MB有协同作用,且随着MB含量的增加,聚氨酯泡沫的阻燃性能增加。图[28]表[19]参[80]