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.