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.     

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.     

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%.     

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.     

三季戊四醇亚磷酸酯阻燃剂的合成及应用研究

以三季戊四醇(TPE)、亚磷酸三苯酯(TPP)为反应原料,氢氧化钠为催化剂,采用非溶剂酯交换一步法合成了三季戊四醇亚磷酸酯膨胀型阻燃剂。用红外光谱与元素分析初步确定了三季戊四醇亚磷酸酯类的物质。热分析表明,10％的失重所对应的温度为122℃,50％的失重对应的温度为371℃;其失重速率最大时的峰顶温度为329℃;在500℃时的成炭量高达40％。以三季戊四醇亚磷酸酯和三聚氰胺复配阻燃的环氧树脂,添加量为19％时其极限氧指数(LOI)为35％,通过了UL94V-0级,表明该阻燃剂具有优良的阻燃性能。     

新型含磷阻燃剂DOPO-PPO的合成及其阻燃性能

以苯基磷酰二氯,对羟基苯甲醛及9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲(DOPO)为原料,合成了一种新型含磷阻燃剂——二[4-(次甲基-羟基-磷杂菲)苯氧基]苯基氧化磷(DOPO-PPO),其结构经1H NMR和IR表征。通过TGA和DTG研究了DOPO-PPO的热稳定性,热降解行为及成炭性能。结果表明:DOPO-PPO的起始热分解温度为210℃,在700℃时残炭为30.4%。以环氧树脂为基材,DOPO-PPO为阻燃剂,二氨基二苯硫砜为固化剂,制备了阻燃环氧树脂(3)。通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)测试了3的阻燃性能。结果表明:当DOPOPPO的添加量为12.0%(质量百分数,即312)时,阻燃级别为V-0级,LOI为34.0%。     

三聚氰胺聚磷酸盐/季戊四醇配比、协效剂组及表面改性对聚丙烯基木塑复合材料的膨胀阻燃影响

通过极限氧指数(LOI)、线性燃烧速率(LBR)、热重分析和锥形量热分析等技术手段研究膨胀型阻燃剂(IFRs)中三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和季戊四醇(PER)的质量比、组成为m(MgO):m(可膨胀石墨,EG):m(SiO₂)=1:5:5的协效剂组(MgO/EG/SiO₂)和硅烷偶联剂(KH550)对聚丙烯基木塑复合材料(WPC)阻燃性能的影响。 结果表明,当IFRs中m(MPP):m(PER)=23:2(IFRs-M1)、质量分数为25%时的阻燃性能最佳,膨胀阻燃复合材料WPC/IFRs-M1的LOI和LBR分别为27.1%和3.89 mm/min,较未添加的WPC分别提高48.1%和下降89.79%,燃烧时的热释放速率、总热释放量、总烟释放量和CO₂释放量分别降低了76.2%、50.1%、6.9%和65.4%,600 ℃时的残炭率提高了498.3%。 协效剂组和KH550表面处理均可进一步改善WPC/IFRs-M1的阻燃性能,均对IFRs-M1具有良好的阻燃增效作用。 相比于WPC/IFRs-M1,同时用这两种阻燃增效手段的WPC/IFRs-M1/MgO/EG/SiO₂/KH550,其LOI提高了3.7%,LBR降低了20.3%;材料的热稳定性明显提高,热失重降低;燃烧时的热释放速率、总热释放量、总烟释放量和CO₂释放量分别降低了36.5%、37.6%、57.5%和33.33%,600 ℃时的残炭率提高了84.02%,显示出二者更好的协同效应。     

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。     

含磷/氮/硫协效阻燃剂的合成及对环氧树脂的阻燃作用

本文以DOPO(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)、苯甲醛和4,4’-二氨基二苯砜(DDS)为原料,一锅法合成了含磷、氮、硫的化合物PNS。以PNS为阻燃剂,双酚A型树脂DGEBA为基材,DDS为环氧固化剂,制备了阻燃环氧固化物PNS/DGEBA/DDS,研究了PNS对DGEBA阻燃性能的影响,并与商业化有机磷阻燃剂DOPO作对比,同时初步探讨了PNS的阻燃机理。研究结果表明,PNS呈现磷/氮/硫协效阻燃作用,具有比DOPO更优异的残炭生产促进作用、抑烟效果和阻燃作用。在体系磷含量为1.5 wt%时,PNS-1.5/DGEBA/DDS的LOI值高达33.2%,并获UL 94最高阻燃级别V-0级,总烟释放量相较于DOPO-1.5/DGEBA/DDS降低15.4%,DGEBA/DDS降低2.86%,呈现良好的抑烟性能。     

用锥形量热仪研究聚乙烯膨胀阻燃体系的燃烧性

利用锥形量热仪在50kW·m^-2热辐照条件下,研究了含淀粉膨胀阻燃线性低密度聚乙烯(LLDPE)体系的燃烧性,获得了最大热释放速率、总热释放、有效燃烧热、最大烟产生速率、总烟释放量及质量损失速度等参数.实验结果表明:含淀粉膨胀阻燃剂能明显降低LLDPE的热释放速率、总热释放和有效燃烧热,淀粉作为膨胀型阻燃剂中的成炭剂,可以部分代替季戊四醇,而对热释放速率影响不大,达到了阻燃和降低成本的目的.该膨胀体系使烟释放变得缓慢,但总烟释放量明显增大.在燃烧时使LLDPE更早地发生热降解,但热降解速度变得缓慢.     

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.     

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.     

二苯氧基磷酸三聚氰胺盐阻燃改性环氧树脂

本文通过二苯氧基磷酸(DPHP)与三聚氰胺之间的一步中和反应成功地合成了二苯氧基磷酸三聚氰胺盐(MDHP),并将其作为添加型阻燃剂应用于环氧树脂中。热重分析结果显示,MDHP的加入使环氧固化物的分解提前且氮气氛下残炭量显著增加。阻燃性能测试结果表明,环氧固化物的氧指数(LOI)在阻燃剂添加量为5 phr时即可达到32.9%,锥形量热数据表明MDHP的加入能显著降低其峰值热释放(PHRR)、总热释放(THR)、总烟释放(TSP)等,同时残余质量(Mass)有所增加。另外,固化物的弯曲和冲击性能均能得到很好的保持,表现出潜在的应用前景。     

含磷氮POSS改性乙烯基树脂的阻燃性和热性能研究

本文采用多聚甲醛、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物为原料,通过经典的Kabachnik反应制备了含磷、氮的笼型和半笼型结构的低聚倍半硅氧烷(N/P-POSS)。然后,通过与商品化MFE-711乙烯基树脂共混/共聚的方法制备得到改性乙烯基树脂。采用FT-IR、NMR、MALDI-TOF等对阻燃剂N/P-POSS进行了结构表征;采用氧指数(LOI)、UL-94垂直燃烧、锥形量热、热重分析以及动态力学分析等方法对乙烯基树脂固化物的阻燃性能和耐热性能进行了研究。结果表明,当N/P-POSS的添加量为4(wt)%时,乙烯基树脂固化物的LOI从19.5提高至27.5,并通过UL-94 V-1测试;并且热释放速率峰值和总热释放量分别降低了47.2%和20.9%;同时N/P-POSS的引入显著提高了乙烯基树脂的耐热性能,热分解温度提高了近10℃。采用扫描电镜和热重红外分析了其阻燃机理,主要为含磷自由基的猝灭效应,以及生成致密二氧化硅陶瓷相和含氮不可燃气体的阻隔作用,表现出了良好的磷、氮、硅协同阻燃效应。     

新型阻燃剂1 ,3 ,5-三(5 ,5-二甲基-1 ,3-二氧杂己内磷酸酯基)苯的合成及表征

以1,3,5-三羟基苯、新戊二醇、三氯氧磷等为原料,采用简洁、高效的合成路线,通过两步反应合成了新型阻燃剂1,3,5-三(5,5-二甲基-1,3-二氧杂己内磷酸酯基)苯.通过红外光谱、核磁共振氢谱、质谱、元素分析以及热失重分析等对产物结构和热性能进行了表征和研究.热失重分析表明:该阻燃剂起始分解温度为295.26℃ ,在295.26℃ ~343.38℃和350.40℃ ~578.04℃温区迅速炭化;当阻燃剂被加热到681.03℃时,炭残余量高达43.33 %.     

水性聚氨酯阻燃纳米复合材料的Click反应制备及性能

以4,4'-二羟甲基-1,4-庚二炔功能单体作为扩链剂制备了端炔基功能化聚氨酯, 与叠氮基改性纳米蒙脱土(MMT-N₃)、 纳米氢氧化铝(ATH-N₃)和纳米氢氧化镁(MH-N₃)通过Click反应制备了水性聚氨酯(WPU)阻燃纳米复合材料. 采用红外光谱(FTIR)、 核磁氢谱(¹H NMR)和扫描电子显微镜(SEM)对WPU阻燃纳米复合材料的结构进行了表征, 对比研究了纳米阻燃剂配比和制备方法对WPU阻燃纳米复合材料的氧指数、 动态燃烧行为和热稳定性的影响. 阻燃性能研究结果表明, 当MMT-N₃, MH-N₃和ATH-N₃的质量分数分别为7%, 2%和1%时, 采用Click反应制备的复合材料的氧指数比纯WPU高7%, 点燃时间从10 s延长到29 s, 峰值热释放速率和烟释放速率分别降低了41%和42%. 热失重分析结果表明, 当MMT-N₃质量分数为10%时, 与WPU相比, 采用Click反应制备的MMT/WPU复合材料在热失重50%时的温度提高了21 ℃. 复合材料断面和燃烧后残渣的SEM分析证明在聚合物基体中Click反应是分散纳米材料的一种有效方法.     

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.     

膨胀阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料热降解及燃烧产烟研究

采用热失重、X-射线光电子能谱分析、氧指数及烟密度测试等方法研究了可膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP)复配膨胀阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)的热降解、燃烧性能及产烟行为.在此基础上利用锥形量热仪考察了EG/APP对磷酸三(β-氯异丙基)酯(TCPP)阻燃RPUF体系燃烧性能的影响.研究表明,EG与APP间的相互作用导致了EG/APP体系高温阶段失重速率下降、残炭量显著上升;EG/APP与RPUF之间的成炭作用以APP的化学成炭为主.与RPUF比较,RPUF/EG/APP的氧指数由19.8%提高至35.4%的同时,烟密度没有显著上升.对比EG、APP及EG/APP阻燃RPUF,体系残炭量越高、炭层耐热氧化能力越强,氧指数就越大;残炭表面越致密,产烟量就越少.添加EG/APP可显著降低含卤体系RPUF/TCPP的热释放、烟释放及CO释放速率,体现了EG与APP复合体系物理与化学膨胀结合的优势.     

季膦萘磺酸盐离子液体与甲基膦酸二甲酯协同阻燃环氧树脂

合成了一种新型季膦萘磺酸盐室温离子液体[TBP]NS,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(1H NMR和31P NMR)确定了其结构,并将其与甲基膦酸二甲酯(DMMP)复配用于制备阻燃环氧树脂.阻燃性能测试结果表明,当在环氧树脂(EP)中加入质量分数为6%的[TBP]NS和4%的DMMP时,所得阻燃环氧树脂EP/4%[TBP]NS/6%DMMP的极限氧指数达到31.2%, UL-94垂直燃烧通过V-0级别.与纯环氧树脂相比,该阻燃环氧树脂的峰值热释放速率(PHRR)降低了59%,总热释放(THR)降低了43%,峰值CO释放速率(PCOP)降低了41%,残炭率升高了97%.[TBP]NS和DMMP在氧指数、垂直燃烧和锥形量热测试中均展现出优异的协同阻燃作用,并且表现出良好的炭化能力和降热效果.在力学性能方面,与单纯加入DMMP的环氧树脂相比,EP/4%[TBP]NS/6%DMMP的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度均有提高.     

含硅磷杂化物环氧树脂固化物性能研究

首先用γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷(KH-560)和亚磷酸二乙酯(DEP)反应的中间产物进行水解缩合反应,合成了一种含磷低聚硅氧烷杂化物.并用FTIR,NMR,GPC对其结构及分子量进行了表征.然后将含磷低聚硅氧烷引入到双酚A环氧树脂(E-54)制备硅磷杂化物环氧树脂的固化物.对这种含硅磷杂化物环氧树脂固化物的性能研究发现其极限氧指数为23～29,DSC分析结果玻璃化转变温度(Tg)可以达到204℃,失重5%的温度(Td)5%比纯E-54提高近20℃.该固化物具有阻燃性能,同时具有较好的热性能。