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 %。     

PP/IFR/水滑石阻燃复合材料的研究

通过极限氧指数(LOI)测定、垂直燃烧试验和锥型量热分析,研究了结晶性聚磷酸铵(APP)和三嗪成炭剂组成的膨胀型阻燃剂(IFR)对聚丙烯(PP)的阻燃作用,并考察了复合水滑石和对IFR的表面处理对阻燃PP的阻燃性能、热稳定性和力学性能的影响。结果表明:该IFR对PP具有良好的阻燃作用,当APP与三嗪成炭的质量比为3∶1,IFR质量分数为20%时,阻燃PP的LOI就达28.0%,阻燃等级达V-0,复合少量水滑石并对IFR进行表面处理不影响复合材料阻燃性能,但改善了阻燃PP的热稳定性和力学性能。     

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。     

有机-金属杂化化合物阻燃聚丙烯的研究

将有机-金属杂化三嗪化合物（SCTCFA-ZnO）与聚磷酸铵（APP）复配制备了膨胀型阻燃剂（IFR）,通过极限氧指数测试、垂直燃烧测试、锥形量热分析、热失重分析和扫描电子显微镜分析等表征方法研究了SCTCFA-ZnO/APP的协同作用对PP复合材料阻燃性能的影响。结果表明,APP与SCTCFA-ZnO复配可以有提高PP材料的阻燃性能,当IFR的添加量为25 %（质量分数,下同）,且APP/SCTCFA-ZnO的质量比为2/1时,复合材料的极限氧指数最高,达到31.1 %,达到UL 94 V-0级;IFR可提高复合体系的温热稳定性,阻燃复合材料燃烧后会形成一层致密、连续的炭层,从而起到良好的阻燃效果。     

PP复合材料的制备及其阻燃性能研究

将碳微球(CMSs)及聚磷酸铵(APP)添加至聚丙烯(PP)中,制备了PP复合材料。采用极限氧指数(LOI)、热重分析仪(TGA)、锥形量热仪(CONE)及电子万能试验机(EUT)等表征手段对PP复合材料的阻燃性能、热稳定性能以及力学性能进行了测试分析,考察了APP与CMSs的质量比以及添加量对PP阻燃体系性能的影响。结果表明:在APP与CMSs质量比为4:1,总添加量为30%时,PP/CMSs/APP复合材料的LOI为28.7%,较纯PP提高了59.4%;火灾性能指数(FPI)值较纯PP提高了约5倍;热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、平均热释放速率(MHRR)和平均有效燃烧热(MEHC)分别较纯PP降低了31.11%、14.2%、24.5%和32.1%;火灾蔓延指数(FGI)值较纯PP降低了55.3%,且复合材料的热稳定性有所提高,成炭能力显著提升,PP的阻燃性能得到明显改善。     

MPOP/APP复合阻燃剂对PP燃烧行为的影响

通过熔融共混法制备了聚丙烯/三聚氰胺聚磷酸盐(PP/MPOP)和聚丙烯/三聚氰胺聚磷酸盐/聚磷酸铵(PP/MPOP/APP)阻燃复合材料,探讨了阻燃剂MPOP的添加量以及MPOP、APP的配比对复合材料燃烧行为的影响。结果表明:PP/MPOP复合材料的热稳定性和阻燃性能随MPOP添加量的增加而提高,且均在MPOP添加量为30份时达到最大值。同PP/MPOP(100/30)相比,当复合阻燃剂MPOP/APP的添加量为30份、且配比为15/15时,复合材料PP/MPOP/APP的热稳定性下降。但在所有试样中,该阻燃PP复合材料具有最低的最大分解速率以及最高的成炭率;其极限氧指数(LOI)为23.6%,较PP/MPOP(100/30)和纯PP分别提高了22.3%和32.6%;并且PP/MPOP/APP(100/15/15)的平均热释放速率、总释热量、有效燃烧热均达到最低值,因此该复合材料具有最佳的阻燃性能。     

可膨胀石墨/聚磷酸铵协同阻燃聚苯乙烯的研究

将可膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP)复配并添加至聚苯乙烯(PS)基体中,制备了PS/EG/APP阻燃复合材料。通过极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧(UL 94)测试,以及热重分析(TG)和扫描电镜分析(SEM)对PS/EG/APP阻燃复合材料的阻燃性能和热稳定性进行了检测,并优化了该材料配方。结果表明:复合阻燃剂EG/APP的加入,使得体系的LOI值与热稳定性均明显提高。其中当复合阻燃剂EG/APP的添加量为30 phr,且质量比为3:1时,阻燃体系的LOI值可达到31.8%,而单独添加同量EG或APP的阻燃体系,其LOI值仅为29%和20.8%,这说明EG与APP之间存在协同效应。     

三嗪类大分子成炭剂的合成及其在聚丙烯中应用

以三聚氯氰、乙醇胺和乙二胺为原料,通过分子设计合成新型三嗪类大分子成炭剂(TBM),并将其与聚磷酸铵(APP)复配,用于阻燃聚丙烯(PP)。研究了APP/TBM的质量比对PP阻燃性能、热稳定性能和耐水性能的影响。结果表明,APP/TBM对PP具有良好的阻燃作用。当APP和TBM的总质量分数为25%、质量比为2∶1时,PP/APP/TBM的极限氧指数达到32.5%,且达到UL-94 V-0级;同时,经耐水测试后仍能达到UL-94 V-0级。     

微胶囊化膨胀型无卤阻燃聚丙烯的研究

对聚磷酸铵（APP）进行微胶囊化，复配了新型无卤膨胀型阻燃剂（IFR）。利用IFR对聚丙烯（PP）进行阻燃。对包覆APP和IFR阻燃PP体系的表面形态和性能进行研究。结果表明，包覆的APP粒度均匀致密；在PP中添加IFR阻燃剂不小于30份时，有明显成炭效果，获得良好的阻燃性能，UL-94阻燃级数为V-0。阻燃PP体系的热稳定性也得到提高。     

磷系阻燃剂FR/APP协效阻燃PP

采用氧指数测定仪、热重分析仪和锥形量热仪研究了磷系阻燃剂1,3,5-三(5,5-二甲基-1,3-二氧杂环己内磷酸基)苯(FR)和聚磷酸铵(APP)复配体系对聚丙烯(PP)材料阻燃性能的影响.结果表明,FR/APP提高了PP的极限氧指数(LOI)、热稳定性和残炭率,降低了热释放速率.当w(FR)为15%和w(APP)为10%复配阻燃PP时,复合材料的LOI为29.6%.阻燃级别达到UL 94 V-0级.     

Effect of Phosphorus-Based Flame Retardants and PA6 on the Flame Retardancy and Thermal Degradation of Polypropylene

The investigation mainly focuses on the effect of polyamide 6 (PA6) and phosphorus based flame retardants (FRs) on improving the flame retardancy of polypropylene (PP). The flame retardant properties have been studied by limiting oxygen index, vertical burning test tests and cone calorimeter testing. The results demonstrate that PA6 and FRs can greatly improve the flame-retardant and thermal properties of PP. It’s found that the addition of PA6/APP/FRs can promote the formation of stable intumescent char layers. Those indicate that the flame retardancy of PA6/APP/FRs/PP composites is improved by the condensed-phase action of PA6/APP/FRs.     

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。     

改性赤泥协同膨胀型阻燃剂阻燃聚乙烯

以聚磷酸铵（APP）、季戊四醇（PER）和三聚氰胺（MEL）复配的膨胀型阻燃体系（IFR）为主要阻燃剂,表面改性后的赤泥（Ti-MRM）作为协效剂阻燃聚乙烯（PE）,采用熔融共混法制备PE基阻燃复合材料（PE/IFR-Ti-MRM）。通过热重分析仪（TGA）、垂直燃烧仪（UL-94）、极限氧指数测定仪（LOI）及扫描电镜（SEM）等对其热氧稳定性、燃烧等级、阻燃性能和残炭形貌进行了表征与分析。结果表明：加入改性赤泥的PE/IFR-Ti-MRM复合材料形成的炭层更加致密和连续,当最优配比时,复合材料的极限氧指数达到32.2,燃烧等级达到V-0级;而PE/IFR阻燃复合材料的极限氧指数只能达到27.5,燃烧等级为V-2级。     

Influence of modified ammonium polyphosphate on the fire behavior and mechanical properties of polyformaldehyde

In this work, three kinds of APP, coated with melamine (MF-APP), silane (GW-APP), epoxy (MC-APP) were employed to compound with novolac resin (Novolac) and melamine (ME), aimed to study the effect of the modified APP on the flame-retardant performance, mechanical properties, and thermal stability of polyformaldehyde (POM). The results showed that composites with modified APP exhibited better flame retardant and mechanical performance than that with unmodified APP. In contrast, GW-APP had the best synergistic effect with Novolac and ME, and POM/GW-APP composites reached UL-94 V-0 rating and its limit oxygen index (LOI) value was up to 34.0%. The morphology of the carbon layer showed that the silane coating material can promote the charring process in condensed phase better than epoxy and melamine coating materials in flame retardant POM system, leading to the formation of integrated char layers with more quantity and higher quality, which effectively delayed the mass and heat transfer during combustion.     

膨胀石墨在聚乙烯中阻燃协效作用的研究

以膨胀石墨(EG)与聚磷酸铵(APP)复配组成膨胀型阻燃剂，应用于高密度聚乙烯(PE-HD)中。热分析表明APP／FG的添加使得PE-HD材料的热稳定性增强，降解过程变缓，剩炭率增加。氧指数(LOI)结果表明APP／EG具有良好的阻燃协同作用。扫描电镜(SEM)显示APP／EG的加入可使得PE-HD样品生成连续致密的炭层。同时力学性能研究表明APP／EG对材料的力学性能的影响比其它膨胀型阻燃剂要小。     

聚磷酸铵基复合膨胀型阻燃剂的制备及其对聚甲醛的阻燃作用

针对聚甲醛(POM)阻燃的难点,在传统简单共混膨胀阻燃体系聚磷酸铵(APP)/三聚氰胺(ME)/季戊四醇(PER)的基础上,采用高温热反应处理技术将APP(酸源)、ME(气源)和PER(炭源)集成在一个大分子膨胀阻燃体系(RMAPP)中,并将所得大分子一体化产物RMAPP阻燃POM,解决了简单共混膨胀体系中各组分混合不均匀、难分散以及与基体树脂相容性差的难题。研究结果表明:高温热反应产物RMAPP比传统的未经热处理简单共混阻燃体系具有较好的阻燃效果,当阻燃剂RMAPP的添加量为45%时,在垂直燃烧测试实验中,其3.2mm厚试样可达到UL94V—1级别。     

无卤阻燃SBR的阻燃性能及热失重行为

利用锥形量热仪(CONE)和热失重分析(TG)研究了化学膨胀阻燃剂(IFR)、氢氧化铝/红磷(Al(OH)3/P)及二者复合阻燃SBR的阻燃性能及热失重行为。结果表明,阻燃剂用量为40份,聚磷酸铵(APP)与季戊四醇(PER)质量比为3∶1时,SBR/APP/PER的热释放速率及生烟速率均大幅度下降,阻燃效果较好;Al(OH)3与P质量比为26∶14时,可有效降低SBR/Al(OH)3/P的热释放速率,但生烟速率较大;将APP/PER∶Al(OH)3/P=1∶1复配,SBR/IFR/Al(OH)3/P的热释放速率和生烟速率没有进一步改善,协同效应不明显。热失重研究表明,空气气氛下,试样SBR/IFR/Al(OH)3/P在300~500℃时,Al(OH)3/P反应使得SBR分解速度下降;在500~800℃时,APP与PER形成炭层,有效地起到隔热隔氧的作用,从而抑制炭黑的分解;两者复合使用,使阻燃SBR分解速度降低,热稳定性提高。     

新型磷-氮膨胀阻燃剂在改性聚丙烯中的应用研究

采用自制干法合成的磷-氮膨胀型阻燃剂(磷酸酯三聚氰胺盐,IFR)复配聚磷酸胺(APP)和聚四氟乙烯(PT-FE)阻燃改性聚丙烯(PP),利用极限氧指数法、垂直燃烧法分析了阻燃PP的燃烧性能,通过热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对阻燃PP的热降解过程、燃烧性能、残炭结构进行了分析,并研究了燃烧过程中复配阻燃体系对PP的阻燃机理。结果发现,IFR、APP和PTFE之间具有明显的阻燃协效作用;当阻燃剂总添加量为24%(APP为6%、IFR为17.5%、PTFE为0.5%)(质量分数)时,阻燃PP的极限氧指数达到30.1%,垂直燃烧测试达UL 94V-0级;加入阻燃剂还能提高PP的热稳定性。     

不同聚合度成炭剂在膨胀阻燃聚丙烯中的应用研究

以三聚氯氰、乙胺、乙醇胺和乙二胺为原料,通过控制物料比合成了4种不同聚合度的成炭-发泡剂(CFA)。将合成的CFA与聚磷酸铵(APP)及纳米二氧化硅复配成膨胀阻燃剂并添加到聚丙烯(PP)中,制备阻燃PP材料。通过热重分析、氧指数、垂直燃烧和力学性能测试研究了材料的热稳定性、阻燃性能和力学性能。结果表明:随着CFA聚合度的增加,膨胀阻燃体系对PP材料的阻燃效率相应提高;阻燃剂的加入提高了PP材料的热稳定性,CFA聚合度的变化对阻燃PP材料的力学性能影响不大。当CFA的聚合度为40时,阻燃PP材料的阻燃性能和热稳定性能均达到最佳。     

A novel bio-based charcoal-forming agent based on chitosan and phytate@Mg to improve the flame retardancy of poly(lactic acid)

A novel bio-based carbon forming agent (Mg@PA-CS) containing P and N elements was were synthesized using the complexation characteristics of chitosan (CS) and phytate (PA). The flame retardant behavior of poly(lactic acid) (PLA)/Mg@PA-CS/APP composites (addition of 20 wt% of different ratios of Mg@PA-CS and APP to polylactic acid composites) were investigated by the limiting oxygen index (LOI), vertical burning test (UL-94), cone calorimetry test (CCT), and thermogravimetric analysis (TGA). Due to the biphasic flame retardant and synergistic effect, since the 20 wt% flame retardant system (Mg@PA-CS:APP = 1:2), PLA composites passed the UL-94 test V-0 rating, reached 34% LOI value. The peak heat release rate (PHRR) and total heat release rate (THR) were reduced to 1/2 of the pure PLA, char residue could be as high as 11.49% at 800°C. Moreover, the flame-retardant mechanism of PLA composites during thermal decomposition was analyzed using a scanning electron microscope (SEM) and the coupling techniques of TGA linked with FT-IR (TG-FTIR).