聚磷酸铵(APP)是膨胀型阻燃剂(IFR)的重要组成部分之一,具有酸源和气源双重功能,具有含磷量高、含氮量多、热稳定性好、近于中性等优点,是阻燃技术研究领域中的热点之一。但是APP在实际应用中仍存在着和聚合物相容性较差、耐水性差及阻燃效率有限等问题,限制了其广泛应用。本论文首先从机理方面研究表面改性处理对APP性能的影响,在此基础上通过选择合适的改性剂和改性技术,将超细化、表面改性以及协效阻燃技术同时应用在APP的改性技术上,旨在降低APP的溶解度,改善其分散性和热稳定性,增加与聚合物基体的相容性。同时将改性后的APP与炭源双季戊四醇(DPER)复合作为膨胀阻燃剂应用于聚丙烯(PP)中。结果表明协效阻燃改性方法能够明显提高膨胀阻燃PP的耐水性和阻燃性能,改善阻燃剂与PP基体的相容性。本论文的主要研究工作如下几个方面。第一,研究了四种偶联剂:γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和焦磷酸型单烷氧基类钛酸酯(TC-114)改性APP,考察不同类型偶联剂改性后APP的溶解度和热稳定性影响。结果表明:与未改性APP相比,改性后APP的溶解度均有不同程度的降低,并且颗粒的分散性也得到明显改善。采用A-171为改性剂时,改性产物的性能达到最佳。当A-171的用量为APP质量的3%时,25℃时颗粒的水溶解度从未改性时的1.1350 g/100mL H2O下降到0.5455 g/100mL H2O,降幅达到52%;XPS结果表明,改性后MAPP表面的部分P-O-N变为P-O-Si。采用A-171改性后APP的最大失重速率下降,800℃时的残炭量达到了24.87%。当MAPP与DPER以2.5:1比例复配,总添加量为25%时,PP/MAPP/DPER复合材料的LOI为25.5%,3.2mm厚度通过了UL-94 V-0级,Cone结果表明在燃烧过程中,PP/MAPP/DPER复合材料的成炭性能得到明显改善,形成了更为致密和连续完整的炭层覆盖在材料表面,降低了热释放速率,保护了底层聚合物进一步的分解和燃烧,这种有效的炭层使得PP/MAPP/DPER复合材料的热释放速率峰值下降了24%。第二,在液相环境中,通过硫酸镁与氨水反应和乙醇镁水解生成氢氧化镁(MDH)沉淀包覆改性APP颗粒表面。溶解度测试结果表明,改性在一定程度上降低APP的溶解度,随着包覆量的增加,溶解度变差。热分析表明,在高温阶段,改性APP的最大失重速率明显降低,在800℃时的残炭量增加。并且,改性app在700~800℃之间出现了第三个失重阶段。阻燃性能测试结果表明,改性app提高了阻燃pp的氧指数,从26.6%分别提高29.8%和30.6%,ul-94垂直燃烧通过了v-0级。cone燃烧测试结果表明,添加改性app后,阻燃pp的热释放速率峰值下降了约30%左右,总的热释放量也明降低。对凝聚相产物的分析结果表明,改性app的加入使阻燃pp的炭层外表面形成一层致密的保护层,增加了表面炭层的致密性,xps分析结果表明,这种致密的表面保护层是由p、o和mg元素组成的磷酸镁类化合物,在燃烧时富集在炭层的表面,提高了炭层的耐热性和隔绝性能,这种连续的炭层能阻止或延缓生成的小分子可燃物进入气相而起阻燃作用,对基材起到保护作用。第三,采用氯化铝(alcl3)溶液与氨水溶液反应,在app颗粒表面原位生成氢氧化铝(ath),以达到包覆改性app的目的。当氯化铝添加量为2g,反应温度为60℃,反应时间为2h时,在该条件下所得改性产物的收率为95.43%,比表面积15.37m2/g,溶解度0.2920g/100mlh2o。sem结果表明,改性app颗粒的微观形貌有明显变化,颗粒的分散性得到改善。xps分析结果表明包覆在app颗粒表面的物质为ath与alpo4的混合物。改性后的app热稳定性有明显的提高,初始分解温度虽稍有所提前,但在高温下,改性app的最大失重速率明显减小,并且在800℃时的残炭量大幅提高。与app相比,改性app与dper复配后后,在相同添加量下,阻燃pp的loi从26.6%提高到31.8%,并且ul-94垂直燃烧测到达到v-0级。cone测试结果表明,与pp/dper/app相比,添加有改性app的阻燃pp热释放速率峰值(phrr)从475kw/m2降到283kw/m2,总热释放量(thr)从124mj/m2降到107mj/m2。凝聚相产物分析结果表明,添加改性app能促使阻燃pp在燃烧过程中形成多层的膨胀型残炭,提高炭层的高度和致密性,可以更加有效的阻止热和氧的传递,从而改善了阻燃效果。第四,选用异丙醇铝(aip)未改性剂,在液相环境中,利用aip水解产生的ath沉淀包覆在app粉体颗粒表面。溶解度测试结果表明,包覆改性明显降低了app的溶解度。微观形貌分析结果表明改性在app颗粒的表面包覆了一层纳米结构,增加了颗粒的表面粗糙度,改善了其与pp基体之间的相容性。元素分析结果表面。aip水解包覆改性后在app颗粒表面生成的为ath与alpo4的混合物。热重结果表明,aip水解包覆改性降低了app的失重速率,提高了800℃时的残炭量。loi测试结果表明,添加有改性app的阻燃pp氧指数有很大的提高,从26.5%提高到30.9%,并且ul-94垂直燃烧测试通过了v-0级。cone测试结果表明,与pp/dper/app相比,添加改性APP的阻燃PP其PHRR从475 kW/m2降到346 kW/m2,THR从124 MJ/m2最大下降到109 MJ/m2。并且,阻燃PP燃烧过程中CO、CO2以及烟的释放量均有所下降,MAPP的添加极大的提高的阻燃PP的火灾安全性。对残炭的分析结果表明,改性APP的引入能促使阻燃PP在燃烧过程中形成更高更厚膨胀型炭层,提高阻燃PP的成炭量,在炭层外表面形成一层致密的含有Al、O和P元素的保护层,增加了表面炭层的致密性,起到隔热隔氧的作用,有力的保护了内部有机结构不被破坏,并能阻止或延缓生成的小分子可燃物进入气相而起阻燃作用。第五,当采用AIP对APP改性时,APP表面包覆层为ATH与Al PO4的混合物。为了验证改性APP对阻燃PP的成炭行为的改善机理,研究了在以APP/DPER为阻燃剂的阻燃PP中,添加Al PO4/ATH对其阻燃性能、燃烧行为及成炭行为的影响。采用氧指数(LOI)、UL-94垂直燃烧和Cone研究PP的阻燃性能和燃烧行为。结果表明Al PO4或ATH部分替代APP在阻燃PP燃烧过程中表现出了明显的协效作用。采用热失重分析手段研究了APP/ATH以及APP/Al PO4混合物在热分解过程中的相互作用,FTIR分析APP/ATH和APP/Al PO4混合物经热处理后凝聚相产物的结构。根据以上结果提出并讨论了阻燃机理。