基于次磷酸铝的聚丙烯木塑复合材料的阻燃改性研究

本研究以次磷酸铝(AP)为阻燃剂,探讨了其对聚丙烯/木粉复合材料(WPC)的阻燃性能的影响,并阐明了相关的阻燃机理。实验结果证明,当AP的添加量为30 wt%时,可以使木粉含量为30 wt%的WPC通过垂直燃烧V-0级,氧指数达到25. 0%。锥形量热测试结果表明:AP的加入能够有效抑制复合材料的燃烧,30wt%AP的加入能够使木粉含量为30 wt%的WPC的热释放峰值(PHRR)降低至240 k W/m~2,与不含阻燃剂的WPC相比降低了50%;燃烧后所得的残炭的质量高达45. 2%。扫描电子显微镜(SEM),热重-红外联用(TGFTIR)和X射线光电子能谱结果表明:添加AP后,燃烧过程中WPC/AP的气相产物中会有水、二氧化碳及含PO_2-结构的物质等生成,从而赋予WPC/AP气相阻燃作用;此外,WPC/AP在燃烧中能够热解生成内外结构不同的炭层,内部炭层主要为含铝为主的交联稳定炭层,而外部炭层主要含有交联P-O-C结构等,因此,AP能够同时通过气相和凝聚相的双重作用实现WPC的高效阻燃。     

氧化石墨烯与Si-P低聚物在环氧树脂中的协同阻燃作用

采用Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO),并通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对GO微观形貌进行了表征.详细研究了GO与硅磷低聚物(DMS-DOPO)在环氧树脂(EP)力学性能和阻燃性能中的协同作用.万能材料试验测试结果表明,GO和DMS-DOPO分别对拉伸强度和断裂伸长率提高效果明显,二者协同后,可使EP拉伸强度和断裂伸长率分别提高17.1%和42.2%.采用热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥型量热(CONE)和SEM对EP及其阻燃材料的热性能、燃烧性能以及炭层微观形貌进行了表征.EP/DMS-DOPO/GO在600℃残留量为EP的5.2倍,比EP/DMS-DOPO和EP/GO分别提高4.4%和208.6%.EP/DMS-DOPO/GO的LOI值大于30,并能通过UL-94 V-0级别,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面致密的膨胀炭层.DMS-DOPO和GO协同后使EP热释放速率峰值由1154 k W·m-2降低到710 k W·m-2,总烟释放量降低30%.     

聚苯氧基磷酸联苯二酚酯/聚磷酸铵膨胀阻燃剂对环氧树脂阻燃性能影响研究

以聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)与聚磷酸铵(APP)组成复合阻燃剂,对环氧树脂(EP)进行阻燃改性.通过氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热失重(TGA)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)等方法研究改性环氧树脂的阻燃性能和阻燃机理.结果表明,PBPP/APP体系对EP具有较好的阻燃性能,阻燃剂添加量为10%时能使环氧树脂的氧指数提高到29.6%,垂直燃烧等级达到UL94 V-0级,残炭量大大增加;平均热释放速率下降45.7%,热释放速率峰值下降51.0%,有效燃烧热平均值下降21.1%;TGA、CONE、SEM等综合分析显示了PBPP/APP改性后的环氧树脂比纯环氧树脂具有更高的热稳定性,燃烧后能够形成连续、致密、封闭、坚硬的焦化炭层,在聚合物表面产生有效覆盖、隔绝了氧气,改善了环氧树脂的燃烧性能.     

六苯氧基环三磷腈的热解及其对环氧树脂的阻燃机理

采用极限氧指数仪和锥形量热仪测试了以六苯氧基环三磷腈(HPCP)阻燃环氧树脂的燃烧性能,结果显示,与纯环氧树脂相比,阻燃环氧树脂的极限氧指数值(LOI)明显提高、热释放速率峰值(pk-HRR)和总热释放量(THR)明显下降、环氧树脂的点燃时间提前以及分解速度加快.采用热失重(TGA)、热重红外联用(TGA-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和热裂解气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)研究了HPCP及其阻燃环氧树脂的热解路线和阻燃机理.结果表明,在阻燃环氧树脂过程中,一方面,HPCP分子中的苯氧基团首先解离并发生歧化反应,由此产生的苯氧基及其歧化产物的焠灭效应在环氧树脂中发挥气相阻燃作用,剩余的磷腈环和苯环基团会进一步裂解产生小分子碎片;另一方面,环氧树脂基体在HPCP的作用下提前分解,产生了基于双酚A结构的大分子碎片并在HPCP裂解产物作用下加速炭化,从而使更多的基体组分以残炭的形式被固定在凝聚相中,提高了阻燃环氧树脂的残炭产率,发挥了凝聚相阻燃作用.     

环交联聚磷腈微球的合成及阻燃聚碳酸酯的研究

本文合成了一种环状交联型不溶、不熔的聚(环三磷腈-二羟基二苯砜)微球(PZS)并应用于聚碳酸酯(PC)的阻燃.通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)对PZS微球进行表征;热重分析(TG)探究聚碳酸酯复合材料的热稳定性,并通过极限氧指数测试(LOI)和锥形量热(CONE)表征其阻燃性能.TG结果表明,PZS微球具有良好的热稳定性及优异的成炭能力.燃烧测试结果表明,PZS微球可以显著提高聚碳酸酯的阻燃性能.当阻燃剂添加量为5%时,LOI值从纯PC的27.4%提高到了31.5%.锥形量热实验结果表明,PZS微球的加入使得复合材料的热释放速率、总放热量以及平均质量损失速率显著降低,材料的点燃时间显著延长.通过扫描电镜和红外光谱对残炭进行分析,结果显示PZS微球在燃烧过程中产生磷酸类物质,促进PC基体交联炭化,在外表面生成致密炭层,从而起到隔热隔氧的阻燃效果.     

星型绿色磷腈阻燃剂的制备及阻燃环氧树脂性能

从分子结构设计出发,以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛、三氯氧磷及新戊二醇等为原料,制备了一种新型阻燃剂六[4-(5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂己内磷酰基)苯氧基]环三磷腈(HDDCPPCP),并将其与聚磷酸铵(APP)和多壁碳纳米管(MWCNT)复配,应用于环氧树脂(EP)中,制备了HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP阻燃复合材料.利用极限氧指数(LOI)、水平燃烧(UL-94)、锥形量热(CONE)、拉伸、弯曲和冲击等方法研究该阻燃复合材料的燃烧性能、热性能及力学性能.实验结果表明,保持阻燃体系总质量分数为30%,当MWCNT质量分数为2%时,EP2(HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP)的各项燃烧参数综合表现较好,其LOI值达到42. 8%,热释放速率峰值(pk-HRR)、热释放速率平均值(av-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)及一氧化碳释放率平均值(av-CO)相对EP0分别降低92. 5%,93. 0%,65. 2%和66. 6%,呈现出良好的阻燃、抑烟和抑毒性能; EP2的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量较好,分别为110. 46 MPa,6. 24%,1259. 99 MPa,377. 72 MPa.     

使用裂解气相色谱对几种阻燃聚丙烯材料热稳定性及阻燃机理的探讨

用裂解气相色谱（PyGC)考察了经三种类型阻燃剂（含磷、含溴、含溴和磷）改性的聚丙烯的热稳定性。利用PyGC-MS法分析不同样品的高温裂角产物,以此来推测阻燃材料受热分解时气相以及凝聚相所发生的反应,推断阻燃机理,分析影响阻燃效果的因素,为阻燃剂的开发提供有益参考。结果证实,它们都影响聚丙烯的热降解。溴系阻燃剂和磷系阻燃剂是分别从气相阻断、凝固相加速成炭实现阻止燃烧的,而磷-溴型阻燃剂同时具备单纯含磷或者含溴阻燃能力。     

磷杂菲类阻燃剂的合成及其与聚磷酸铵复合膨胀体系对环氧树脂的阻燃性能研究

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、五硫化二磷(P2S5)为原料合成9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-硫化物(DOPS),并将DOPS与聚磷酸铵(APP)组成复合阻燃剂,用于环氧树脂(EP)的阻燃改性.通过氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热失重(TGA)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)等方法对改性后的环氧树脂的阻燃性能和阻燃机理进行了测试和分析.实验结果表明,DOPS/APP阻燃体系对EP具有很好的阻燃性能,且复配阻燃剂的阻燃效果比单一的阻燃剂阻燃效果好;其中,当阻燃剂的总添加量达到30%时即W_(DOPS)=10%、W_(APP)=20%时,阻燃EP复合材料的LOI值可达到29.2%,垂直燃烧等级达到UL-94 V-0级,残炭量可达49.3%.     

耐高温杂化阻燃剂/改性红磷阻燃半芳香尼龙的研究

将自制的耐高温勃姆石@苯基次膦酸铝杂化阻燃剂(BM@Al-PPi)与市售改性红磷(MRP)复配制得一种可用于半芳香尼龙PA6T/DT(HTN)的耐高温高效阻燃体系.保持阻燃剂15 wt%的总添加量不变时,MRP的添加量仅为5 wt%即可赋予HTN垂直燃烧V-0级别,极限氧指数为29.8%.锥形量热测试及其燃烧残余物研究表明,MRP阻燃HTN材料以气相阻燃作用为主,抑制热释放效果不佳且烟释放明显增加;而BM@Al-PPi的凝聚相交联成炭作用可同时抑制热释放与烟释放.结合裂解气相色谱质谱联用(Py-GC-MS)分析,给出了HTN/BM@Al-PPi/MRP体系的阻燃机理.BM@Al-PPi与MRP结合使得残炭质量显著提高,同时兼具气相作用,达到了较好的阻燃效果.     

聚磷酸酯阻燃剂复配蒙脱土及聚磷酸铵对环氧树脂阻燃性能的影响

本文以二氯化磷酸对甲基苯酯和10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(ODOPB)为原料,合成了一种新型聚磷酸酯阻燃剂聚磷酸-2-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物基对苯二酚对甲苯酯(POTP),并采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振(~(31)P-NMR,~1H-NMR和~(13)C-NMR)对其结构进行表征.将POTP与蒙脱土(MMT)及聚磷酸铵(APP)组成复合阻燃剂对环氧树脂(EP)进行阻燃改性,通过垂直燃烧(UL-94)、氧指数(LOI)、热失重(TGA)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)等方法研究其对EP的热性能和阻燃性能的影响.结果表明,当阻燃剂添加量为7%时, EP复合材料UL-94测试等级可达V-0级;当添加阻燃剂为9%时,其LOI值可达到27.6%,最大热释放速率(Pk-HRR)下降了50.1%,热释放总量(THR)下降了27.4%,其残炭量高达29%. CONE测试后的残炭形貌研究显示阻燃EP在高温下形成较稳定的致密膨胀炭层,能有效抑制烟毒性气体释放,隔绝可燃气体与空气的交换,从而提高阻燃EP在高温下的热稳定性和阻燃性能.     

DOPO衍生物改性碳纳米管的制备及对聚乳酸阻燃性能的影响

以含羧基的碳纳米管(CNT-COOH)和9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)衍生物DOPO-NH₂为原料, 通过酰氯化反应、 缩合反应等制备了一种新型无机-有机杂化阻燃剂—DOPO衍生物改性碳纳米管(CNT-DOPO), 利用傅里叶变换红外光谱、 透射电子显微镜、 X射线光电子能谱及热重分析等对其结构进行表征并对有机物接枝率进行了定量测试. 结果表明, DOPO-NH₂成功接枝到碳纳米管上, 接枝率约为50%. 将CNT-COOH, DOPO-NH₂和CNT-DOPO以质量分数5%添加到聚乳酸(PLA)中制备阻燃PLA复合材料. 锥形量热测试结果表明, 与纯PLA相比, PLA/5CNT-COOH, PLA/5DOPO-NH₂和PLA/5CNT-DOPO 3种复合材料的热释放速率峰值分别下降46%, 3.4%和39.8%; 炭层形貌和结构分析表明, PLA/5CNT-DOPO的炭层石墨化程度最高, CNT-DOPO₂在凝聚相阻燃方面有明显的促进作用. 流变结果表明, 碳纳米管对黏弹转变影响很明显, PLA/5CNT-COOH和PLA/5CNT-DOPO基本上表现为弹性行为. 正是由于碳纳米管的存在, 使得PLA复合材料在低频区黏度增大, 并且在燃烧后期形成了连续致密的炭层, 有效降低了材料的热释放速率和烟释放.     

环三磷腈-DOPO大分子阻燃剂的 合成及阻燃环氧树脂性能

通过取代反应、 缩合反应和加成反应等合成了一种无机-有机杂化大分子阻燃剂 六-[4-(N-苯基氨基-DOPO-次甲基)苯氧基]环三磷腈(DOPO-PCP), 并利用傅里叶变换红外光谱、 ¹H和 ³¹P核磁共振波谱对其进行结构表征. 将DOPO-PCP用于环氧树脂(DGEBA)阻燃, 得到环氧树脂阻燃固化物, 通过极限氧指数(LOI)、 垂直燃烧测试(UL-94)、 热重分析与锥形量热(Cone)测试等对阻燃环氧树脂固化物的热稳定性及燃烧性能进行分析; 利用扫描电子显微镜及Mapping观察并分析了燃烧碳层的形貌与元素分布. 研究结果表明, 产物的结构符合设计的DOPO-PCP分子结构; 当DOPO-PCP在DGEBA中添加量(质量分数)达12.2%时, 磷含量为1.3%, 制得的阻燃环氧树脂固化物垂直燃烧测试通过UL-94 V-0级, LOI值为36.2%; Cone测试结果表明, DOPO-PCP的添加有效降低了DGEBA燃烧时热量与烟气的释放, 且在高温下碳残余量显著增加. 研究表明DOPO-PCP兼具气相和凝固相阻燃机理, 对DGEBA有良好的阻燃性能.     

含磷/氮/硫环交联磷腈微纳米管的合成及对环氧树脂的阻燃作用

采用原位模板法,以六氯环三磷腈(HCCP)和二羟基二苯砜(BPS)为原料合成了一种环状交联型不溶不熔的磷腈大分子——聚环三磷腈-二羟基二苯砜(PZS)微纳米管,研究了PZS对环氧树脂(EP)的阻燃作用及阻燃机理.利用红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对PZS微纳米管进行了表征;采用热重分析(TG)考察了EP/PZS阻燃材料的热稳定性,并通过极限氧指数(LOI)和微型量热分析(MCC)测试了EP/PZS的阻燃性能.热降解实验结果表明,PZS微纳米管的加入使环氧树脂热降解温度降低,但残炭率显著提高.PZS微纳米管可以显著提高环氧树脂的阻燃性能,当阻燃剂添加量为5%时,环氧树脂的残炭率提高了46%,热释放速率峰值降低了约40%;LOI值从纯环氧树脂的26.0%提高到了30.6%.PZS微纳米管的加入还增强了环氧树脂的力学强度.阻燃性能的显著提高和力学性能的改善归因于PZS微纳米管在环氧树脂基体中的良好分散,以及燃烧炭化过程中生成的石墨化程度较高的类石墨烯结构的残炭,具有较高的抗氧化能力.研究结果表明,PZS微纳米管是一种优良、高效的具有潜在应用价值的阻燃剂.     

新型磷杂菲基反应型阻燃剂的合成及其在聚氨酯阻燃中的应用

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和1,4-丁二醇二缩水甘油醚为原料,合成了一种新型的反应型阻燃剂1-（2-羟基-3-磷杂菲）丙氧基-4-环氧丙氧基丁烷(1),其结构和性能经¹H NMR, ³¹P NMR, FT-IR和TG表征。以1为封端剂,聚氨酯（PU）为基材,制备了1/PU阻燃复合材料（2）,研究了1对2阻燃性能和力学性能的影响,初步探讨了1的阻燃机理。结果表明:1具有气相和凝聚相阻燃作用,2燃烧后可形成致密光滑炭层,使点燃时间延长,改善了燃烧熔滴现象。1含量为1%时,2¹的LOI为27%, UL-94燃烧等级为V-0级。     

阻燃高抗冲聚苯乙烯热降解研究

利用热失重-红外联用仪(TGA-IR)分析了高抗冲聚苯乙烯(HIPS)的热降解过程,结合热裂解气相色谱-质谱联用仪(Py-GC/MS)分析了HIPS的热裂解产物,利用化学方程式阐述了HIPS自由基降解反应.对十溴二苯乙烷、三氧化二锑复配阻燃体系的热降解过程进行了研究,讨论了阻燃HIPS的凝聚相阻燃、气相阻燃机理.实验表明,HIPS燃烧时主要发生β-断裂,大量烟雾主要由苯乙烯、甲苯、α-甲基苯乙烯、苯乙烷、丁二烯等组成,其中凝聚相主要是1,3,5-三苯基苯乙烯及其他部分低聚物.在不同的温度下,阻燃HIPS的热裂解产物不同,在较高的温度下,小分子化合物明显增多.     

OMMT-NC-膨胀型阻燃剂三元协同阻燃LLDPE的效果

采用有机蒙脱土(OMMT)和碳酸镍(NC)为阻燃协效剂,与膨胀型阻燃剂(IFR)三元体系协同阻燃线性低密度聚乙烯(LLDPE).采用热重分析(TGA)、氧指数(LOI)测试、UL-94燃烧测试和锥形量热测试(CONE)研究了LLDPE阻燃体系的热稳定性和燃烧性能;采用红外光谱分析(FT-IR)、数码相机和扫描电子显微镜(SEM)对燃烧残余物的结构和形貌进行了分析.结果表明:固定mnLLDPE/mIFR=7/3,当moMMT/m(LLDPE+IFR)=0.04时,阻燃体系的LOI为31.5％,通过UL-94 V-0级测试,LLDPE-IFR-OMMT的残炭率为15.09％,最大热释放速率(PHRR)相比于纯LLDPE降低了50％;向LLDPE-IFR-OMMT体系中添加NC,少量的NC就能显著增加体系的阻燃性能,当mNC/m(LLDPE+IFR)=0.02时,阻燃体系的LOI为32.7％,LLDPE-IFR-OMMT-NC的残炭率达到19.04％,PHRR相比于纯LLDPE降低了57％.OMMT和NC的加入能催化LLDPE-IFR成炭,形成致密的炭层,增加炭层的强度,从而提高复合材料的阻燃性能.     

DOPO基膦酸铝盐的制备及其阻燃环氧树脂的性能研究

以10-羟基-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-OH)和六水合氯化铝为原料合成了一种DOPO基膦酸铝盐(DOPO-Al)阻燃剂,通过红外光谱、扫描电镜、能谱、核磁共振磷谱和热失重表征了其结构,并制备了DOPO-Al阻燃的环氧树脂,通过极限氧指数、锥形量热、热失重和差示扫描量热测试分析了该树脂的阻燃和热性能。结果表明,DOPO-Al为高温阻燃剂,其初始热分解温度(T_(5%))高达595.5℃。DOPO-Al能提高环氧树脂的阻燃性能和耐热性。当DOPO-Al添加量为7.5%(wt)时,环氧树脂的LOI值由24.1%提高至31.3%;在燃烧过程中,使其热释放速率峰值、平均热释放速率、总热释放、总烟释放和总烟产量均降低,使残留物增加幅度高达135%。炭层分析表明DOPO-Al存在凝聚相阻燃机理。环氧树脂的T_(5%)和玻璃化转变温度分别高达368.9℃和161.8℃,所制备阻燃环氧树脂具有较好的热性能。     

核壳型纳米粒子填充PP-EVA及阻燃材料的动态燃烧行为

利用锥形量热仪(CONE)和热重分析(TGA),并结合极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试方法对核(PSt/OMMT)-壳(PBA)结构纳米复合粒子(CSN)填充聚丙烯(PP)-乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料及加入无卤复配阻燃剂制备的PP-EVA/CSN/聚磷酸铵(APP)/层状氢氧化镁铝(LDH)复合阻燃材料的阻燃性能及热降解行为进行了研究。结果表明,添加10%(wt)CSN可以提高PP-EVA复合材料的阻燃性能,且PP-EVA复合体系燃烧时的热释放速率、有效燃烧热减少,热稳定性增强。CSN与APP/LDH产生阻燃协同作用,使复合阻燃材料的阻燃性能、热稳定性能进一步提高。     

聚磷腈微球的制备及其阻燃PET的研究

采用沉淀聚合法制备聚环三磷腈-co-(3,4-二羟基苯甲酸)(Poly(HCCP-co-PCA))微球,通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和热重分析等测试手段对其进行表征,研究单体摩尔比对微球的结构、微观形貌以及热稳定性的影响,其中n(HCCP)/n(PCA)为1/0.5时,聚磷腈微球的粒径较为均一,分散均匀,直径为1.5μm左右,并且具有优异的热稳定性和成炭性能。采用熔融共混法制备PET/Poly(HCCP-co-PCA)复合材料,研究Poly(HCCP-co-PCA)的用量对复合材料阻燃性能的影响,并探究其阻燃机理。结果表明,随着Poly(HCCP-co-PCA)含量的增加,复合材料的阻燃性能明显提高。当Poly(HCCP-co-PCA)添加量为1.5(wt)%时,复合材料通过UL 94-V0等级测试,极限氧指数为28.8%,并且热释放速率峰值和总热释放量分别降低了75.26%和69.07%。其阻燃原理主要是燃烧时生成炭层较多,起到较好隔绝效果,同时产生不可燃气体,进一步提升阻燃效果。     

聚磷酸酯阻燃剂复配聚磷酸铵对环氧树脂阻燃性能的影响

合成了一种9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)的衍生物——聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯(POPP), 以间苯二胺(m-PDA)为固化剂, 环氧树脂(EP)为基料, POPP为阻燃剂, 复配聚磷酸铵(APP), 制备了不同磷含量的阻燃环氧树脂. 利用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL94)实验表征了环氧树脂的阻燃性能; 以热重分析、 锥型量热和扫描电镜分析了阻燃环氧树脂的热性能和表面形态. 研究结果表明, 阻燃剂总加入量(质量分数)为5%时即可达到UL94 V-0级, 同时LOI值为27.7%; 当总加入量为15%, 即w_POPP=5%, w_APP=10 %时, 其LOI值可达到33.8%. 随着磷含量的增加, 阻燃环氧树脂的初始降解温度略有降低, 但高温下的残炭率明显增加. POPP/APP的加入在很大程度上降低了环氧树脂的热释放速率、 有效燃烧热、 烟释放量和有毒气体释放量. 阻燃环氧树脂在高温下形成比较稳定的致密膨胀炭层, 为底层的环氧树脂主体隔绝了分解产物及热量和氧气交换, 增强了高温下的热稳定性.