成炭剂及其膨胀阻燃体系的研究进展

介绍了近几年成炭剂及其膨胀阻燃体系的研究进展。分别介绍了传统型成炭剂(季戊四醇、双季戊四醇、淀粉、山梨醇)和新型成炭剂(三嗪类、聚酰胺、酚醛树脂、超支化成炭剂)在聚合物膨胀阻燃中的作用。并指出了现存成炭剂的缺陷,对未来开发出性能优良的成炭剂进行了展望。     

不同成炭剂对阻燃复合材料的性能影响研究

用21%(质量分数,下同)聚磷酸铵(APP)、4%三聚氰胺(MEL)、5%成炭剂和高密度聚乙烯(HDPE)制备膨胀型阻燃复合材料。研究了不同成炭剂对阻燃复合材料力学性能、燃烧性能、热稳定性能及成炭炭层影响。研究发现乙二醇成炭剂不仅提高阻燃剂的阻燃效率并且提高了复合材料的冲击性能。     

哌嗪基和乙二胺基三嗪成炭剂合成及性能比较

通过合成产率及阻燃性能测试对哌嗪基和乙二胺基三嗪成炭剂的合成及性能进行了比较研究。结果表明:和哌嗪基成炭剂相比,乙二胺基成炭剂的水溶性较大,氯质量分数较高,产率较低;哌嗪基成炭剂的热稳定性和阻燃效果好于乙二胺基成炭剂的。当哌嗪基成炭剂与聚磷酸铵(APP)复配的膨胀型阻燃剂质量分数为28%时,聚丙烯(PP)的阻燃级别可通过V-0级;而乙二胺基成炭剂与APP复配的膨胀型阻燃剂质量分数为28%时,阻燃PP燃烧过程中有滴落,其阻燃级别仅达到V-1级。     

三嗪类阻燃剂的热性能及成炭机理探索

合成了一种新型三嗪类成炭剂(CA),并利用质量分数为6.7%的CA、80.3%的聚磷酸铵(APP)和13%的三聚氰胺(MA)复配而成的膨胀型阻燃剂(IFR)对聚丙烯(PP)进行阻燃.用热重分析仪研究了IFR及其阻燃PP体系的热性能,并对其阻燃成炭机理进行了探索.结果表明,IFR使PP的热降解行为发生了变化,PP/IFR 600℃时在氮气中的质量保持率达到18.05%,,在空气中达到13.43%.IFR、PP/IFR的实际质量保持率比理论值高,各组分间存在着协同阻燃作用.PP/IFR在燃烧时可形成较好的膨胀炭层.     

聚磷酸铵/三嗪成炭剂/碳纳米管复配体系对聚丙烯阻燃性的影响

以三聚氯氰和4,4’-二氨基二苯砜为原料制备了新型的三嗪类成炭剂(CA-DDS),并将与聚磷酸铵(APP)复配后用于阻燃聚丙烯(PP)。研究了不同配比的APP/CA-DDS阻燃体系对PP热稳定性和阻燃性能的影响,并进而对比了少量碳纳米管的引入对APP/CA-DDS阻燃体系的提高作用。结果表明:所合成的三嗪类成炭剂CA-DDS具有良好的热稳定性和成炭性能,与APP复配使用可以促进PP成炭,有效地提高PP的阻燃性能,热释放速率峰值由1 046 kW/m2降低至660 kW/m2。在APP/CA-DDS总质量分数为25%,二者质量配比为2∶1的基础上添加质量分数1%的碳纳米管后,可进一步提高PP的阻燃性能,热释放速率峰值降低至352 kW/m2。     

含硅成炭剂的合成及其在阻燃PP中的应用研究

以三聚氰氯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷及对苯二胺为主要原料合成了一种含有机硅的三嗪类成炭剂（CA）,将其与多聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR)用于聚丙烯(PP) 阻燃。研究了APP与CA的配比及用量对PP阻燃性能、力学性能和热稳定性能的影响。结果表明,阻燃改性后的PP具有良好的阻燃性能和力学性能;CA具有优良的成炭作用,含硅基团能够促进PP成炭,提高了PP的热稳定性,有效地抑制了PP的进一步燃烧;当APP/CA为3/1、复配阻燃剂添加量为28 %（质量分数,下同）时,阻燃 PP的极限氧指数为32.5 %,垂直燃烧达UL 94 V-0级。     

PP成炭阻燃研究进展

从聚合物成炭、含硅化合物协效成炭、金属及其化合物催化成炭和无机纳米材料协效成炭等方面,综述了聚丙烯(PP)在成炭阻燃领域的研究进展。通过添加不同的协效成炭剂可以提高PP燃烧时的成炭量和成炭效率。运用多种方法协同作用正成为PP阻燃的研究方向。     

尼龙11对膨胀型阻燃高密度聚乙烯性能的影响

以氮磷复合型阻燃剂三聚氰胺磷酸盐(MP)以及小分子成炭剂季戊四醇(PER)和大分子成炭剂尼龙11组成的膨胀型阻燃剂体系阻燃高密度聚乙烯(HDPE).通过氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TG)和力学性能测试研究了阻燃HDPE性能.研究表明少量尼龙11(PA6)成炭剂具有显著的协效阻燃效果,可使材料阻燃性能提高,达到UL-94 V-0级别.     

新型有机硅阻燃成炭剂的热性能及成炭机理的研究

传统膨胀型阻燃剂(IFR)中的炭源为小分子醇类化合物,因此阻燃剂具有易吸湿、易迁移、与聚合物基体不相容等缺点。为了改进这些缺点,合成了一种新型的含有机硅的三嗪类大分子成炭剂(CA),将其与多聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂用于聚丙烯(PP)阻燃。通过红外光谱、热失重分析、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热仪、扫描电子显微镜等手段研究了CA的热性能、燃烧性能、成炭机理以及APP与CA的配比对PP阻燃性能、热稳定性能的影响。结果表明,所合成的CA显示出较好的热稳定性和优异的成炭性,残炭率为25.6%(600℃)。另外,APP与CA在阻燃PP中具有协同阻燃作用;IFR的加入能大幅度降低PP阻燃体系的热释放速率和总释放热,有效地降低烟释放量及烟释放速率,提高PP的阻燃性能。     

成炭性塑料对聚丙烯/膨胀阻燃体系的燃烧行为及阻燃性的影响

使用锥形量热仪、热重分析仪和氧指数仪研究了不同成炭剂对聚丙烯膨胀阻燃体系的燃烧行为和阻燃性的影响,得到了相关的燃烧参数。所用成炭剂包括尼龙6(PA6)、尼龙6/蒙脱土纳米复合物(PA6-nano)、热塑性聚氨酯(TPU)、酚醛树脂。实验结果表明:成炭剂对阻燃材料的燃烧行为和力学性能有很大影响;实验还发现:在PP/APP膨胀体系中添加PA6/有机蒙脱土纳米复合物(PA6-nano)后能获得较好的阻燃性。     

三嗪系成炭剂的研究进展

三嗪系成炭剂依据分子构型可分为小分子、线形大分子和超支化大分子,分别介绍了其合成原料、合成工艺和阻燃效果,重点对采用三聚氯氰、三聚氰胺、异氰尿酸及其衍生物等原料制备的成炭剂进行了评述,分析了不同品种成炭剂的优缺点,并对三嗪系阻燃剂的发展方向进行了展望。     

苯氧基三嗪聚合物的合成及膨胀阻燃ABS的研究

合成了一种苯氧基三嗪聚合物,研究了合成反应的影响因素。利用FTIR、熔点测定仪、元素分析仪以及银定量法测定氯含量、磷钼酸喹啉重量法测定磷含量等方法对其结构进行了表征。将此苯氧基三嗪聚合物与聚磷酸铵和红磷复配为膨胀型阻燃剂,研究了此阻燃剂对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的阻燃性能及力学性能的影响。结果表明,该苯氧基三嗪聚合物的合成产率比较理想,用其复配的膨胀型阻燃剂对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物表现出较好的阻燃性能及力学性能。     

新型三嗪成炭剂的合成及无卤阻燃ABS的研究

合成了一种含氮的无卤的三嗪成炭剂—聚2一乙二胺基-4-苯氧基-1,3,5一三嗪,研究了合成反应的影响因素。利用FTIR,熔点测定仪以及滴定法测定氯产量对其结构和各元素含量进行了表征。研究了在聚磷酸铵和红磷存在的条件下,本成炭剂对丙烯睛一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(ABS)的阻燃性能的影响。结果表明,该三嗪成炭剂的合成产率为93.9%,,用其阻燃的ABS表现出较好的阻燃性能。     

三嗪类成炭剂的制备及其阻燃聚丙烯的研究

以三聚氯氰和4,4’-二氨基二苯醚（ODA）为原料制备了具有三嗪环与苯环交替结构主链的新型三嗪类成炭剂(CA-ODA),并将其与聚磷酸铵（APP）复配,用于阻燃聚丙烯（PP）。采用热失重分析方法和锥形量热仪研究了不同质量配比的APP/CA-ODA阻燃体系对PP热稳定性和阻燃性能的影响。结果表明,CA-ODA自身具有良好的热稳定性和成炭性能,三嗪环和苯环交替结构能够促进PP成炭,从而有效地提高了PP的阻燃性能。当APP/CA-ODA体系总添加量为25%,二者质量配比为2:1时,PP复合材料的热释放速率峰值由1046 kW?m-2降低至334 kW?m-2,并且残炭量高达41.5 %。     

新型成炭剂在聚合物膨胀阻燃中的应用和研究进展

传统膨胀型阻燃剂中炭源为小分子醇类化合物,导致阻燃剂具有易吸湿、易迁移、和聚合物基体不相容等缺点。为了改进这些缺点,各种新型成炭剂相继被研究开发出来。本文对一些新型成炭剂,如热塑性酚醛树脂、聚酰胺、热塑性聚氨酯以及一些大分子化合物的衍生物在化学膨胀阻燃聚合物中的应用和研究进行了综述。     

Improved flame retardancy by synergy between cyclotetrasiloxane and phosphaphenanthrene/triazine compounds in epoxy thermoset

A siloxane compound (MVC) and a bi‐group phosphaphenanthrene/triazine compound (TGD) were employed in epoxy thermosets to explore high‐efficiency flame retardant systems. With only 1 wt% MVC and 3 wt% TGD, an epoxy thermoset passed UL 94 V‐0 rating test and achieved a limiting oxygen index value of 34.0%, exhibiting an excellent flame retardant effect. The MVC/TGD system not only decreased the peak value of heat release rate and effective heat of combustion but also imparted an improved charring ability to thermosets, thereby outstandingly reducing the flammability of 1%MVC/3%TGD/EP. Compared with the fire performance of 4%TGD/EP and 4%MVC/EP, the MVC/TGD system showed an obvious flame retardant synergistic effect, mainly depending on the general improvement of flame inhibition, charring and barrier effects of the thermoset during combustion. Evolved gas analysis combined with condensed‐phase pyrolysis product analysis jointly revealed the details of the changed pyrolysis mode. © 2017 Society of Chemical Industry     

超支化三嗪成炭剂阻燃聚丙烯

将自制的超支化三嗪成炭剂（CFA）与聚磷酸铵（APP）以1∶1的比例复配成膨胀型阻燃剂（IFR）,用于聚丙烯（PP）的阻燃。采用冲击实验、拉伸实验、极限氧指数仪、垂直燃烧（UL 94）和扫描电子显微镜 (SEM)等方法表征了PP阻燃复合材料的力学性能、阻燃性能,分析了断面形貌。结果表明,添加阻燃剂后,冲击强度呈先增加后降低的趋势,拉伸强度则随着阻燃剂含量的增加不断下降,但降幅不明显;含有15 % IFR的阻燃复合材料,其垂直燃烧等级即可通过UL 94 V-0级测试,显示出复合IFR具有优秀的阻燃效果。     

三嗪膨胀阻燃剂/硅酸镁协效阻燃TPU的制备及性能研究

以三嗪成炭发泡剂（CFA）及聚磷酸铵（APP）复配成膨胀阻燃剂(IFR),以硅酸镁(MgSiO3)为协效剂添加到热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中制备阻燃TPU材料,研究了阻燃TPU材料的阻燃性能、力学性能、热降解行为和炭层的表面形貌。结果表明,纯TPU材料的极限氧指数仅为22.0 %,在空气中极易燃烧,当IFR添加量为28 %（质量分数,下同）,MgSiO3添加量5 %时,材料的极限氧指数提高到37.1 %,通过UL 94 V-0级,表现出很好的阻燃效果;但是IFR/MgSiO3的加入使材料的拉伸强度和断裂伸长率明显下降,也使得TPU材料的起始热分解温度提前,最大热降解速率峰值降低,同时材料的残炭量得到了很大程度的提高。     

The investigation of intumescent flame‐retardant polypropylene using a new macromolecular charring agent polyamide 11

This article deals with a new macromolecular charring agent, polyamide 11 (PA11), which is in combination with a small charring agent, pentaerythritol (PER) and a flame retardant, ammonium polyethylene to flame‐retardant polypropylene (PP). When compared with polyamide 6 (PA6), an existing macromolecular charring agent extensively reported, PA11 has longer alkyl segment in its chain unit and shows better compatibility with PP; additionally, with a relatively lower melt point close to that of PP, PA11 can be more effectively compounded with PP in the melt state and better dispersed in PP matrix, thus enhancing the flame retardancy and mechanical properties. Moreover, with certain synergistic effects between PA11 and PER, the system using PA11/PER as composite charring agents showed better charring performance in comparison with the system only using PER. POLYM. COMPOS., 2009. © 2008 Society of Plastics Engineers