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.     

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.     

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.     

海泡石对膨胀阻燃聚丙烯燃烧和热分解的影响

将改性后的海泡石添加到聚磷酸铵(APP)和双季戊四醇(DPER)膨胀阻燃聚丙烯(PP/IFR)体系中,采用氧指数(LOI)、热重分析(TGA)、光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、锥形量热仪(CONE)和扫描电镜(SEM)考察其对膨胀阻燃体系的催化协效作用,探讨作用机理.LOI结果表明,改性的海泡石比纳米水滑石和有机改性的蒙脱土有更好的催化协效作用.CONE数据证实,海泡石可以降低膨胀阻燃聚丙烯体系的热释放速率和总的热释放量.通过观察SEM图片发现,海泡石可以改善膨胀炭层的形貌,提高炭层的隔热隔质性能.TGA结果表明,在氮气和空气气氛下,海泡石均可以提高膨胀炭层的热稳定性,增加高温时残余物的量,其主要作用对象为APP.FTIR和XPS测试发现加热过程中海泡石可以与APP发生化学反应,形成P—O—Si键,增加了APP高温时的稳定性.     

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.     

SDS-LDH与CTAB-MMT协同APP阻燃P(BA-VAc)的对比分析

通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94),对比分析了十二烷基硫酸钠改性双羟基氧化物(SDS-LDH)和十六烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(CTAB-MMT)协同聚磷酸铵(APP)对聚(丙烯酸丁酯-醋酸乙烯酯)(P(BA-VAc))胶膜阻燃效果的异同.当APP添加量为14.5 wt%,层状无机粒子引入量为0.5 wt%时,P(BA-VAc)/APP/SDS-LDH和P(BA-VAc)/APP/CTAB-MMT的最佳LOI值分别为30.5和30.1.通过热分析法(TGA)探讨了阻燃型复合材料的热降解行为.700℃时,P(BA-VAc)/14.5%APP/0.5%SDS-LDH比P(BA-VAc)/14.5%APP/0.5%CTAB-MMT的残留量高2.7%.采用扫描电镜(SEM)观察复合材料LOI测试后炭层微观形貌.与P(BA-VAc)/15%APP复合材料相比,P(BA-VAc)/14.5%APP/0.5%SDS-LDH和P(BA-VAc)/14.5%APP/0.5%CTAB-MMT燃烧后炭层的外表面更加致密,并且连续性更好.通过傅里叶变化红外(FTIR)和X-射线光电子能谱(XPS)对阻燃材料500℃热氧化炭层进行了分析.SDS-LDH和CTAB-MMT均可促进更多酯化反应和脱水反应发生;相比而言,SDS-LDH具有较好的催化协同成炭效果.     

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%.     

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.     

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.     

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.