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膨胀型阻燃剂是近年来颇受关注的一类新型无卤阻燃剂，在高聚物阻燃研究中有着越来越广泛的应用，具有高阻燃性、无熔滴滴落行为，低烟、无毒、无腐蚀性气体产生等特点。本文结合国内外文献的调研和本课题组的有关工作的基础上，对阻燃剂的研究进展、丁苯橡胶的阻燃技术发展以及膨胀型阻燃剂的改进技术研究进行了总结概括。本文以丁苯橡胶(SBR)为基体，典型的膨胀阻燃体系聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)作为阻燃剂，在常温下通过双辊混炼制备了膨胀阻燃丁苯橡胶，考察了材料的热稳定性和阻燃性能，着重研究了各种化合物对膨胀阻燃丁苯橡胶的协效阻燃作用，对协效体系的阻燃性、热稳定性以及协效机理进行了探讨。本文的主要研究工作如下：
1.在常温下，使用开炼机制备了膨胀型阻燃丁苯橡胶，通过LOI和UL-94考察了膨胀型阻燃剂的阻燃性能，确定了APP/PER的最佳比例为2：1。通过热重分析(TG)，发现膨胀型阻燃剂的添加提高了丁苯橡胶在高温区的热稳定性，并能大大提高材料的残余量，使用实时红外(FTIR)探测，发现材料在高温时会形成以磷为主要含量的稳定炭层。
2.选取含硼元素的两种化合物硼酸锌和磷酸硼作为协效剂，考察这两种化合物对膨胀体系的协效效果。通过LOI、UL-94和锥形量热计对材料的燃烧性能进行研究，发现硼酸锌和磷酸硼对于材料的LOI值和燃烧等级有明显提高，LOI值可达30，垂直燃烧等级达到了Ⅴ-0级别，但是热释放速率却没有显著降低。从热重分析的结果来看，硼酸锌和磷酸硼的加入，提高了膨胀阻燃丁苯橡胶在低温区域的热稳定性能。从炭层的扫描电镜(SEM)照片发现，硼酸锌和磷酸硼的加入可以提高材料炭层的连续性和致密性。
3.选用五种过渡金属氧化物中，二氧化锆(ZrO2)的协效作用最为明显。通过LOI、UL-94、锥形量热计以及TG的分析发现，添加3.4phr的ZrO2时，膨胀型阻燃丁苯橡胶的垂直燃烧等级提高到Ⅴ-0级别，最大热释放速率也有所降低，材料的点燃时间也有所增加，添加ZrO2的阻燃材料的残余量有所提高。从SEM图像发现，金属氧化物的添加能够改变炭层的形貌。结合FTIR、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的分析，对ZrO2的阻燃协效机理进行了推测：一方面，ZrO2可以催化APP交联反应，释放出H2O和氨气，另外，ZrO2是种特殊的催化剂，可以使得IFR中的酸源富集变成超强酸，这种超强酸催化脱水炭化的过程，促进炭层的形成。另一方面，通过电镜可以看到，加入的ZrO2与APP反应生成热稳定性很好的ZrP2O7，玻璃态的ZrP2O7覆盖在炭层表面，使得炭层隔绝热传导的作用得到改善。
4.分别采用水热合成法和固相合成法合成了CePO4和LaPO4·0.5H2O，从热失重曲线看出，CePO4和LaPO4·0.5H2O均是热稳定性很好的物质。在膨胀阻燃丁苯橡胶中，添加少量的CePO4和LaPO4·0.5H2O，体系的垂直燃烧级别便能提高到Ⅴ-0级别。使用锥形量热计、TG和SEM对材料进行分析发现，CePO4和LaPO4·0.5H2O大大增加了材料的点燃时间，热释放速率峰值明显降低。CePO4和LaPO4·0.5H2O提高了材料的高温区的热稳定性以及残余量；CePO4LaPO4·0.5H2O的加入能够起到增加炭层致密度和连续性的作用，同时热解实时红外说明，体系最后形成的是主要含碳、磷、氧为主的稳定交联体系。