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.     

石墨烯负载离子液体的制备及其与六苯氧基环三磷腈协效阻燃环氧树脂的性能研究

本文以可膨胀石墨(EG)和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体([BMIM]PF_6)为原料,在去离子水中通过绿色、简单的球磨法成功制备出了石墨烯负载离子液体杂化物(GnP@ILs),并对其结构组成进行表征.将GnP@ILs单独或与六苯氧基环三磷腈(HPCTP)混合加入到环氧树脂(EP)中,研究其对EP复合材料综合性能的影响.极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和锥形量热测试结果表明,GnP@ILs能提高EP复合材料的阻燃性能,同时与HPCTP复配的EP复合材料(EP/7.2wt%HPCTP/1.8wt%GnP@ILs)的阻燃性能最好,LOI达到33.8%,并通过了UL-94V 0级.EP/7.2wt%HPCTP/1.8wt%GnP@ILs的热释放速率峰值和总热释放量分别降低了55.54%和44.28%.同时,[BMIM]PF_6的加入增强了阻燃剂与EP的界面相容性,EP复合材料的拉伸强度和抗冲强度均明显提高.     

双酚A双(二苯基)磷酸酯对环氧树脂的阻燃性能

采用双酚A双(二苯基)磷酸酯(BDP)、有机改性蒙脱土(OMMT)和环氧树脂(EP),分别制备了阻燃环氧树脂(BDP-EP)和阻燃纳米材料(BDP-OMMT-EP).利用氧指数、水平垂直燃烧、热重分析以及锥形量热等技术探讨了阻燃材料的阻燃性能和阻燃机理.实验结果证明,BDP-EP和BDP-OMMT-EP的最大热释放速率和平均热释放速率等参数都降低了,但是BDP的阻燃效果优于BDP-OMMT,即BDP和OMMT没有协同阻燃作用.     

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.     

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。     

卡拉胶包覆APP微球阻燃水性环氧树脂

以氯化钡提纯k-卡拉胶, 经过氧化氢降解, 通过反相乳液聚合的方式制备了一系列卡拉胶包覆聚磷酸铵(APP)阻燃微球(k-CM/APP); 将其加入到水性环氧树脂(EP)中, 制备了3种钢结构防火涂层EP2, EP3和EP4. 利用红外光谱(IR)、 扫描电子显微镜(SEM)及元素分析(EDS)对k-CM/APP的结构及形貌进行了表征. 利用极限氧指数(LOI)、 垂直燃烧(UL-94)、 背温测试法、 热重分析(TG)、 锥形量热(CONE)、 附着力测试、 IR和SEM等方法分析了涂层的阻燃、 隔热及力学性能. 结果表明, k-CM/APP(3/1)球形结构完整, 800 ℃时的残炭量高达59.5%. 与其它阻燃涂层体系相比, 添加了k-CM/APP(3/1)的EP3防火涂层的极限氧指数达到28.5%, UL-94达到了V-0级, 60 min防火涂层耐火温度为253 ℃. 相比于纯EP涂层, EP3涂层的热释放速率峰值降低了58.26%, 总热释放量降低了20.84%, 附着力达到8.74 MPa.     

微纳米钙钛矿型羟基锡酸钙的合成及对环氧树脂的阻燃性能

钙钛矿型羟基锡酸盐是近年来出现的新型高效阻燃消烟剂. 本文采用化学共沉淀法合成了微纳米钙钛矿型羟基锡酸钙[CaSn(OH)₆, CSH], 并利用扫描电子显微镜、 透射电子显微镜、 X射线衍射仪、 红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等对其形貌和结构进行表征. 结果表明合成的CaSn(OH)₆为平均粒径500 nm的纯净正六面体, 粒径均一且分散性良好. 将CaSn(OH)₆应用于环氧树脂(EP)复合阻燃体系(CSH/EP), 并分别采用热重分析、 极限氧指数和锥形量热测试表征了其热降解行为和燃烧性能. 采用扫描电子显微镜、 红外光谱、 X射线衍射和拉曼光谱对EP复合材料的阻燃成炭机制进行探索. 结果表明, CaSn(OH)₆能显著提高EP复合材料的高温稳定性、 热释放速率、 热释放量、 烟释放量和极限氧指数数值. 特别是在很低添加量(0.5%, 质量分数)下, 阻燃消烟性能即得到极大提升, 热释放速率、 总放热量和一氧化碳释放量分别降低45.8%, 25.1%和31.3%. 此外, 由于CaSn(OH)₆在EP基体中的良好分散及较强的界面作用, CaSn(OH)₆在提升EP复合材料阻燃消烟性的同时还提升了EP复合材料的力学强度. 本文合成的CaSn(OH)₆可作为一种多功能的高效阻燃、 消烟和增强剂.     

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%.     

竹基多孔碳材料的制备及其协同阻燃环氧树脂研究

以KOH为致孔剂,制备了竹基微孔多孔碳材料(PCM);将PCM与聚磷酸铵(APP)添加于环氧树脂(EP),研究了PCM协同APP阻燃EP复合材料的作用及机理.BET吸附、扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)分析显示,PCM6的比表面积、孔容、孔径分别为2063 m2/g、0.9 cm2/g、1.8 nm;粒径为1~5μm;表面存在C—C,C—O—,C O及COO—等活性基团.极限氧指数(LOI)、UL 94垂直燃烧及锥形量热仪(Cone)研究表明,0.8 wt%的PCM6与3.1 wt%的APP复合可使EP复合材料的LOI由24.6%提高到27.3%,热释放速率峰值降低45.4%,PCM6表现出良好的协同阻燃作用.热失重分析及XPS研究表明,PCM6提高了阻燃EP复合材料的热稳定性,催化APP释放NH3、H2O,加快了交联成炭的速度及热解产物焦磷酸(酯)的形成,由此揭示了PCM协同APP阻燃EP的作用机理.     

聚磷酸铵-苯并噁嗪微胶囊的制备及其对环氧树脂燃烧性能影响

以多聚甲醛、丙烯胺、苯酚为原料,通过Mannich反应合成烯丙基型苯并噁嗪单体(Bala),并通过核磁共振氢谱(~1H-NMR)确定了其化学结构.将Bala在聚磷酸铵(APP)原位开环聚合后,制备APP微胶囊(BMAPP).傅里叶变换红外(FTIR)和静态接触角测试表明,Bala在APP表面成功聚合,并有效提高APP的疏水性,与纯APP相比,BMAPP的接触角从10.8°提高到了71.3°.将BMAPP添加到环氧树脂(EP)中,制备EP/BMAPP复合材料.通过热重分析仪(TGA)、垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)、锥型量热仪(CONE)和动态热机械分析仪(DMA)对EP和EP/BMAPP的热性能以及燃烧性能进行对比分析.结果显示,10%的BMAPP的成炭效果最佳,有良好的阻燃性能,可使EP的LOI值从22.6%提高到33.6%,并通过UL-94 V-0级,600°C下残炭率达26.3%.同时,BMAPP可大幅度降低EP燃烧过程中烟密度和热释放速率,提高EP的玻璃化转变温度(T_g).BMAPP/EP-10%中,PBala和APP协同后使EP热释放速率峰值(PHRR)由1247 kW·m~(-2)降低到434 kW·m~(-2),生烟速率(SPR)降低67%左右,T_g从169°C提高到了173°C.     

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.     

碳材料表面特性及形貌对阻燃环氧树脂燃烧和热解行为的影响

将制备的4种植物基多孔碳,甘蔗渣炭(SBC)、竹叶炭(BLC)、稻壳炭(RHC)及竹茎炭(BSC),以及购置的椰壳炭(CSC)、果壳炭(NSC)、碳纳米管(CNTs)及可膨胀石墨(EG)分别与聚磷酸铵(APP)复合用于阻燃环氧树脂(EP),研究了碳材料比表面积、表面活性及微观形貌对APP阻燃EP燃烧和热解行为的影响.物理吸附仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜研究指出,颗粒状竹茎多孔碳(BSC)的比表面积(2063m2/g)及表面活性基团C—O—、C≡O及COO—的比例显著大于其他碳材料;各种碳材料均以微米级尺度分布于阻燃EP基体.氧指数(LOI)、UL 94垂直燃烧及锥形量热仪研究表明,0.8 wt%BSC或CNTs与3.1 wt%APP协同阻燃EP的LOI分别由EP的24.6%提高到27.3%和27.6%,UL 94均为V-1级,峰值热释放速率分别比EP/APP降低了27%和28%.碳材料的协同阻燃效果主要取决于微观形貌;对于颗粒状多孔碳,其比表面积、O/C比及表面活性基团比例越大,协同阻燃效果越好.热失重分析、共聚焦拉曼光谱及XPS研究证实,碳材料提高了EP/APP复合材料的初始分解温度和残炭量;大的比表面及表面活性,以及管状形貌能够提高环氧树脂复合材料高温残炭量、促进残炭类石墨化转变、改善残炭耐高温氧化性能.     

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.     

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%.     

PP/EVA/OMMT纳米复合材料及其阻燃材料的动态燃烧行为

利用锥形量热仪(CONE)在35kW/m2热辐照条件下,并结合极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧测试方法对聚丙烯(PP)/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)/有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料和加入无卤复配阻燃剂制备的PP/EVA/OMMT/氢氧化铝(ATH)/三氧化二锑(AO)纳米复合阻燃材料的热释放速率、烟释放及材料在燃烧时的质量损失行为进行了研究。结果表明,添加5%(质量分数)OMMT可以提高PP/EVA复合材料的阻燃性能,燃烧时的热释放速率、质量损失率以及烟释放量减少,且OMMT与无卤复配阻燃剂之间可产生阻燃协同作用,使纳米复合阻燃材料的阻燃性能、热稳定性和抑烟性进一步增强。     

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.     

协效阻燃聚丙烯的阻燃性能

本文研究了以聚磷酸铵(APP)为主阻燃剂,次磷酸铝(AHP)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为辅阻燃剂的协效阻燃体系对聚丙烯(PP)阻燃性能的影响。 采用垂直燃烧测试、极限氧指数(LOI)测试、热重分析、锥形量热仪测试、扫描电子显微镜分析等技术手段对所制备的阻燃样品进行了阻燃性能分析。 结果表明:单独添加任一质量分数30%阻燃剂,均不能使PP获得良好的阻燃性能;当阻燃剂总质量分数保持在30%,m(APP)：m(AHP)：m(MCA)=4：1：1时获得理想阻燃效果,此时阻燃PP的LOI为33%,垂直燃烧测试达到V-0级,热释放速率峰值(PHRR)从765.7 kW/m²降为122.7 kW/m²。     

双层包裹聚磷酸铵微胶囊合成及其在环氧树脂中阻燃研究

采用原位聚合法制备了蜜胺树脂(MF)和环氧树脂(EP)双层包裹聚磷酸铵(APP),得到一种新型核壳结构的微胶囊阻燃剂(EMFAPP).用傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对微胶囊的核壳结构进行了表征;用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧等级测试(UL 94)对EMFAPP在EP中的阻燃性能进行了研究.EMFAPP在EP基体中阻燃性能优异,当其添加量大于7%时EP/EMFAPP均通过UL 94 V-0级,LOI值达27.0%以上.与未包裹APP相比,EMFAPP耐水性明显提高;经水处理(75℃,6天)后,EMFAPP/EP仍可保持良好的阻燃性能.采用热重分析对EMFAPP及其阻燃复合物的热降解行为进行了研究,EMFAPP能够促进成炭,EP/EMFAPP(8 wt%)在700℃残炭率达16.2%,但其低温稳定性有所下降.此外,利用热失重-红外联用对EMFAPP/EP的热降解行为进行了研究,探讨相关阻燃机理.     

不同囊材聚磷酸铵微胶囊在环氧树脂中的阻燃研究

采用原位聚合法合成制备了以蜜胺树脂(MF)、环氧树脂(EP)以及EP和MF为囊材的微胶囊阻燃剂MFAPP、EPAPP、EMFAPP,用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)表征微胶囊阻燃剂的核壳结构。采用极限氧指数(LOI)和垂直燃烧等级测试(UL94)对MFAPP、EPAPP、EMFAPP在环氧树脂中的阻燃特性进行了研究。当添加量大于7%时,阻燃复合材料均能通过UL 94 V-0级测试,极限氧指数大于27.0%,表明MFAPP、EPAPP、EMFAPP均为EP的高效阻燃剂,这些阻燃剂在EP阻燃过程中均形成了膨胀炭层,属于膨胀阻燃机理。另外在耐水性实验中发现,添加EPAPP、EMFAPP的EP复合材料具有更好的耐水性,经75℃水浸泡6天后,阻燃性能得到了较好的保持。     

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.