环氧树脂/笼型倍半硅氧烷纳米复合材料的阻燃性能与热解机理

探讨了环氧树脂(EP)/笼型倍半硅氧烷(POSS)纳米复合材料的阻燃性能与热降解机理。利用锥形量热计研究了EP以及EP/POSS的燃烧行为,发现POSS可有效降低EP的热释放速率峰值以及总热释放。热失重-红外联用测试结果表明,虽然EP与EP/POSS热裂解产物种类相似,但EP/POSS气相产物均出现在较高温度下,这是由于POSS的存在延迟了EP热解产物的释放,并且在高温下形成了稳定性良好的含硅杂化炭层。此炭层可有效阻止热量与氧传递,从而在燃烧的过程中阻止下部材料进一步燃烧。     

膨胀阻燃剂与蒙脱土复合阻燃体系对环氧树脂阻燃抑烟性能的影响

以聚苯氧基磷酸联苯二酚酯(PBPP)与聚磷酸铵(APP)组成膨胀阻燃体系(IFR),同时为提高抑烟性能将一定量蒙脱土(MMT)引入阻燃体系中。将此体系应用到环氧树脂(EP)的阻燃改性中,以间苯二胺(m-PDA)为固化剂制得阻燃改性EP材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重(TG/DTG)、锥形量热(CONE)和扫描电镜(SEM)分别探究了材料的阻燃性能、热降解行为、燃烧行为以及微观形貌。结果表明:5%IFR+1%MMT(wt,质量分数,下同)的阻燃剂可使EP达到UL 94V-0级;10%IFR+1%MMT可将极限氧指数提高到29.2%;同时,改性EP的燃烧性能得到很大提高,平均热释放速率(AvHRR)下降了52.0%,热释放速率峰值(PkHRR)下降了33.2%,总烟产生量(TSP)下降了70.0%;炭层形态研究显示,改性后的EP燃烧后能形成致密、封闭的炭层,能有效阻碍热量释放与烟雾扩散。     

蒙脱土协同膨胀阻燃环氧树脂复合材料的制备及阻燃性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、磷腈为基础单元合成阻燃剂六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷(DOPOMPC),将其与聚磷酸铵(APP)复配添加至环氧树脂(EP)制备出阻燃复合材料(DOPOMPC/APP/EP)。为进一步提高阻燃环氧树脂的阻燃及力学性能,添加不同质量分数的蒙脱土(MMT)制出新型阻燃环氧树脂材料(DOPOMPC/APP/MMT/EP)。通过极限氧指数(LOI)、水平燃烧、锥形量热、扫描电子显微镜观察等方法研究了蒙脱土与DOPOMPC的协同效应。实验结果表明,EP4(10%DOPOMPC/10%APP/3%MMT/77%EP)各项燃烧参数得到了最佳改善,复合材料综合表现最优。其中LOI值达到38.2%;热释放速率峰值较未经MMT处理的阻燃复合材料EP1(10%DOPOMPC/10%APP/EP)下降了29.1%;比消光面积平均值和一氧化碳释放率平均值分别降低了72.7%和65.5%;火势增长指数、发烟指数和毒性气体生成速率指数较EP1降幅分别达到38.2%、13.1%和34.0%;拉伸强度、弯曲强度和冲击强度比EP1分别提高了25.4%、12.7%和1.97倍,呈现出良好的阻燃、抑烟、抑毒性能。炭层宏观和微观形貌表明,添加MMT的阻燃材料在燃烧初期能够形成更致密、坚硬的优质炭层。     

环氧树脂/DOPS衍生物复合材料的阻燃性能及热降解行为

聚合物材料的阻燃性能与其热降解行为密切相关，研究热降解行为对理解其阻燃机理具有重要意义。在分析环氧树脂/DOPS衍生物(EP/MAH-DOPS)的阻燃性能和热稳定性的基础上，研究其热降解行为，并分析其残炭形貌，最后探讨其阻燃机理。实验结果表明：当阻燃剂含量为7.5%(质量分数)时，EP/MAH-DOPS的极限氧指数(LOI)值为29.3%,达到UL-94 V-0级，与纯EP相比，其热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)分别降低了43.83%和7.43%;其初始分解温度(T_5%,333.81℃)低于纯EP(376.84℃),600℃的残炭量提高到22.12%。MAH-DOPS的加入促进了EP提前分解和成炭，从而进一步降低了EP的活化能。热重-红外(TG-FTIR)联用分析结果表明，阻燃剂MAH-DOPS主要通过热解产生磷氧自由基实现气相阻燃。扫描电子显微镜(SEM)结果表明，EP/MAH-DOPS能够形成更加完整、致密的炭层。从阻燃机理看，阻燃剂MAH-DOPS通过自由基猝灭和成炭分别在气相和凝聚相发挥阻燃作用，但以气相阻燃为主。     

不同粒径可膨胀石墨协同聚磷酸铵对环氧树脂燃烧性能的影响

制备了环氧树脂(EP)/聚磷酸铵(APP)/可膨胀石墨(EG)阻燃材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)及扫描电镜(SEM)研究了EG及其粒径对材料阻燃性能和燃烧成炭效果的影响。结果表明,EG具有一定的协同阻燃效果;EP/APP/EG复合材料燃烧过程均无溶滴现象;EG可提高EP/APP高温残留量,并能有效提高燃烧炭层膨胀体积;与50 mesh EG相比,100 mesh EG具有更好的协同阻燃以及协同成炭效果。     

新型磷氮膨胀性阻燃剂/OMMT协同阻燃环氧树脂的制备及阻燃性能

在新型膨胀性阻燃剂六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷(DOPOMPC)与聚磷酸铵(APP)复配作用的环氧树脂(EP)膨胀阻燃复合材料(DOPOMPC/APP/EP)的基础上,添加有机改性蒙脱土(OMMT)制备了新型磷氮膨胀性阻燃剂/OMMT协同阻燃环氧树脂。用极限氧指数(LOI)、水平燃烧(UL-94)、锥形量热(CONE)、电子显微镜(SEM)观察等方法研究了OMMT与DOPOMPC的协同效应。结果表明,EP4(10%DOPOMPC/10%APP/3%OMMT/77%EP)复合材料的各项燃烧参数综合表现最优,其LOI值达到36.8%,热释放速率峰值(pk-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)、一氧化碳释放率平均值(av-CO)较纯EP(EP0)分别下降了78.4%、62.2%、57.8%和50.0%,呈现出更加优良的阻燃和抑烟性能。其原因是,添加OMMT的阻燃材料在燃烧初期形成的炭层更致密、坚硬。     

Si-P低聚物对环氧树脂燃烧性能和力学性能的影响

采用乙烯基封端硅氧烷(DMSV05)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加成反应后的低聚物(DMSDOPO)为阻燃剂,制备了半透明增韧阻燃型环氧树脂(EP)材料。通过垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)、万能材料试验机和热重分析研究了DMS-DOPO对EP阻燃性能、力学性能和热性能的影响;采用扫描电镜对LOI测试后炭层微观形貌进行了表征。DMS-DOPO的引入可明显提高EP的阻燃性能、力学性能和高温残留量。与EP相比,EP/DMS-DOPO-10%拉伸强度和断裂伸长率分别提高9.6%和35.6%。DMS-DOPO质量分数为10%和15%时,EP的LOI值由22.5分别升高到27.5和30.3。EP/DMS-DOPO-15%具有最佳LOI值,600℃残留量比EP高23.3%,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面连续致密的膨胀炭层。EP/DMS-DOPO-15%具有最优综合性能。     

新型无卤膨胀/MH阻燃环氧树脂的制备及阻燃性能

通过极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧(UL-94)、锥形量热(cone)等方法,研究了纳米氢氧化镁(MH)添加到六(4-DOPO羟甲基苯甲酸)环三磷腈化合物(FR)、聚磷酸铵(APP)和环氧树脂(EP)后,制备的新型复合阻燃材料(FR/APP/MH/EP)的阻燃及力学性能。结果表明:在固定FR/APP比例为1/1的前提下,添加1%(质量分数)的MH时,复合阻燃材料EP2(10%FR/10%APP/1%MH/EP)的LOI值达到36.4%,其热释放速率(pk-HRR)、有效燃烧热平均值(av-EHC)、比消光面积平均值(av-SEA)、一氧化碳释放率平均值(av-CO)较纯环氧树脂(EP0)分别下降了79.8%,6.73%,47.2%,33.3%,相对于EP1(10%FR/10%APP/EP)分别下降了20.0%,69.6%,83.6%,58.6%,同时EP2的拉伸、弯曲、冲击强度较EP1也分别提高了47.6%,75.2%,196%;SEM分析表明EP2燃烧后能够形成一层均匀、致密、连续的炭层,具有良好的阻燃、抑烟、降毒效果。     

DOPOMPC-APP-MWCNTs协同阻燃环氧树脂的制备

将无卤膨胀阻燃剂六(4-DOPO羟甲基苯氧基)环三磷腈(DOPOMPC)、聚磷酸铵(APP)及多壁碳纳米管(MWCNTs)复配后加入环氧树脂(EP)中,制备出新型阻燃复合材料DOPOMPC-APP-MWCNTs/EP。通过极限氧指数(LOI)、水平垂直燃烧和锥形量热法研究其阻燃性能。研究结果表明:MWCNTs的加入增强了膨胀阻燃体系的阻燃性能和力学性能,并在一定程度上改善了体系燃烧时的浓烟现象。当阻燃体系总质量分数为20%,MWCNTs质量分数为2%时,材料性能最优,其LOI达到36.8%,热释放速率峰值、有效燃烧热平均值、比消光面积平均值和CO释放率平均值与未阻燃EP相比分别下降了83.5%、31.5%、47.6%、50.0%,与DOPOMPCAPP/EP相比下降了83.5%、77.7%、83.7%、68.9%。SEM分析表明:添加MWCNTs后,燃烧炭层呈现出大面积交联网络状结构。     

可膨胀石墨改性APP/PER/EN防火涂料热降解行为

采用可膨胀石墨 (EG) 对APP/PER/EN防火体系进行改性,制备成一种新型EG改性APP/PER/EN防火涂料。运用示差热分析 (DTA) 、热重分析 (TG) 、扫描电镜分析 (SEM) 、能谱分析 (EDS) 和隔热性能试验分析研究APP/PER/EN防火涂料和EG改性防火涂料的热降解行为、残余炭体元素含量、成炭率和隔热性能。EG改性防火涂料的APP-PER-EN之间的化学反应膨胀过程与可膨胀石墨物理膨胀过程作用温度范围接近,能产生很好的协同配合作用。膨胀石墨提高了APP/PER/EN防火涂料炭质层的成炭率、抗氧化性和热稳定性。EG添加量过高 (≥15%) 会造成燃烧后期炭质层脱离基材。10% EG (质量分数) 添加量能有效提高APP/PER/EN防火涂料的隔热防火性能。      

三聚氰胺氰尿酸盐与聚磷酸铵协同作用对环氧树脂阻燃性能的影响

采用氧指数法（LOI）、垂直燃烧法（UL-94）及热重分析法（TGA）对三聚氰胺氰尿酸盐（MCA）和聚磷酸铵（APP）阻燃环氧树脂的阻燃性及热稳定性进行了研究。TGA结果表明,MCA促进成炭的作用较弱,主要在气相起到阻燃的作用。而APP的添加虽然降低了环氧树脂的初始分解温度,但当温度高于400℃时,体系具有更好的热稳定...     

苯基膦酸铈与十溴二苯醚阻燃玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料

通过熔融共混方法制备苯基膦酸铈（CeHPP）与十溴二苯醚（DBDPO）复配阻燃玻璃纤维增强聚对苯二甲酸乙二醇酯（GF/PET）复合材料。采用热失重分析（TGA）测试研究了DBDPO-CeHPP对GF/PET复合材料热稳定性的影响。同时利用垂直燃烧（UL-94）、极限氧指数（LOI）及微型锥形量热（MCC）测试表征DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的阻燃性能。使用SEM对DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的残炭表面形貌进行观察分析。结果表明,DBDPO与CeHPP复配后对DBDPO-CeHPP-GF/PET体系的热性能和阻燃性能都有很大的影响。其中,GF/PET复合材料与DBDPO和CeHPP质量比为91:6:3时,DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的LOI高达29.5%,可以通过UL-94 V-0级。在MCC测试中,与纯GF/PET复合材料相比,该配比的DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料总热释放（THR）、热释放速率峰值（PHRR）及热熔（HRC）分别下降了10.2%、13.1%和12.8%。结合残炭形貌的测试结果,对DBDPO-CeHPP-GF/PET复合材料的阻燃机制进行了适当的解释分析。      

有机蒙脱土协同含磷木质素基成炭剂阻燃聚乳酸

将自制含磷木质素基成炭剂（Lig-P）和聚磷酸铵（APP）复配用于制备阻燃聚乳酸（PLA）基复合材料,考察了协效阻燃剂有机蒙脱土（OMMT）对阻燃PLA性能的影响。采用极限氧指数（LOI）仪、垂直燃烧（UL-94）测试仪、锥形量热仪、热失重分析仪分别对Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的阻燃性能、热稳定性能和燃烧行为进行了研究。结果发现,OMMT与Lig-P-APP存在明显的协同阻燃作用,当OMMT替代3wt%的Lig-P-APP时,Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的LOI由27%增加至32%,UL-94等级由V1级提高至V0级;且Lig-P-APP-OMMT/PLA阻燃复合材料的最大热降解速率有所降低,800℃的残炭量提高了将近50%;此外,OMMT的引入使PLA阻燃复合材料的热释放速率明显降低,热释放速率峰值（PHRR）、烟释放速率峰值（PSPR）及总烟释放量（TSR）分别降低了26.4%、60%及26.3%。OMMT可明显提高阻燃PLA炭层的致密度及石墨化程度。      

Effect of cellulose acetate butyrate microencapsulated ammonium polyphosphate on the flame retardancy, mechanical, electrical, and thermal properties of intumescent flame-retardant ethylene-vinyl acetate copolymer/microencapsulated ammonium polyphosphate/polyamide-6 blends

Ammonium polyphosphate (APP), a widely used intumescent flame retardant, has been microencapsulated by cellulose acetate butyrate with the aim of enhancing the water resistance of APP and the compatibility between the ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) matrix and APP. The structure of microencapsulated ammonium polyphosphate (MCAPP) was characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), and water contact angle (WCA). The flame retadancy and thermal stability were investigated by a limiting oxygen index (LOI) test, UL-94 test, cone calorimeter, and thermogravimetric analysis (TGA). The WCA results indicated that MCAPP has excellent water resistance and hydrophobicity. The results demonstrated that MCAPP enhanced interfacial adhesion, mechanical, electrical, and thermal stability of the EVA/MCAPP/polyamide-6 (PA-6) system. The microencapsulation not only imparted EVA/MCAPP/PA-6 with a higher LOI value and UL-94 rating but also could significantly improve the fire safety. Furthermore, the microencapsulated EVA/MCAPP/PA-6 composites can still pass the UL-94 V-0 rating after treatment with water for 3 days at 70 °C, indicating excellent water resistance. This investigation provides a promising formulation for the intumescent flame retardant EVA with excellent properties.     

六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈的制备及其在膨胀阻燃聚丙烯中的应用

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛及γ-氨丙基硅烷三醇(KH553)为反应原料,合成了具有席夫碱结构的有机硅型成炭剂六(γ-氨丙基硅烷三醇)环三磷腈(HKHPCP)。以HKHPCP与聚磷酸铵(APP)的复配物为抗熔滴剂,以N-烷氧基受阻胺(NOR116)为阻燃协效剂,通过熔融共混技术制备了膨胀阻燃聚丙烯(PP)基复合材料(APP-HKHPCP-NOR116/PP)。利用FTIR、核磁共振(1 H和31P NMR)对HKHPCP的化学结构进行了表征。采用热失重、极限氧指数、垂直燃烧、锥形量热、拉曼光谱和SEM研究了阻燃体系的热降解行为、阻燃性能及炭层的石墨化程度和致密性。HKHPCP的热失重结果表明,其在氧气氛围下的初始分解温度为300.2℃,1 000℃时残余率为34.8%。当添加总量为30wt%的阻燃剂时,APP-HKHPCP-NOR116/PP复合材料的极限氧指数(LOI)达到43%,且能通过UL-94V-0级,其热释放速率(HRR)、总热释放速率(THR)及烟释放速率(SPR)、总烟释放量(TSP)相比于纯PP分别降低了75.0%、50.5%和88.0%、80.8%,表现出显著的隔热、抑烟性能。APPHKHPCP-NOR116/PP复合材料燃烧后形成了高石墨化、致密的炭层。     

一种桥链DOPO衍生物的合成及对聚乳酸的阻燃性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)和乙二醇为主要原料,碘化钠为催化剂,设计合成了一种新型的桥链DOPO衍生物(Di-DOPO)。采用红外光谱、差示扫描量热分析、热重分析、质谱分析、核磁共振等方法对其进行分析表征,确定了其结构。将该化合物与聚乳酸(PLA)共混,通过氧指数(LOI)测试、垂直燃烧、热重分析、锥形量热等手段考察了其对PLA的阻燃性能及热降解行为的影响。结果表明,Di-DOPO质量分数达到10%时就可以使阻燃PLA材料通过UL-94 V-0级,并能有效抑制PLA的熔滴现象,LOI值也由纯PLA的20%提升到36.3%。阻燃剂质量分数为5%,10%和15%时,热释放速率峰值(PHRR)分别降低了5.2%,12.7%,19.6%。当加入Di-DOPO后,阻燃PLA复合材料的热稳定性比纯PLA明显提高。综上,所制备的Di-DOPO阻燃剂对PLA具有很好的阻燃效果。     

磷-硼杂化聚合物/环氧树脂复合材料的制备及阻燃性能

以二氯磷酸苯酯（PDCP）、硼酸双甘油酯（DGB）为原料,通过逐步聚合得到磷-硼杂化聚合物（PDCP-DGB）,PDCP-DGB与环氧树脂共混体系经交联固化制备磷硼元素共杂化环氧树脂基（PDCP-DGB/EP）阻燃复合材料。利用FTIR、核磁共振波谱仪（NMR）、凝胶渗透色谱仪（GPC）、TG、氧指数（LOI）测定仪、微型量热仪、SEM和XPS对PDCP-DGB和PDCP-DGB/EP复合材料进行表征。结果表明,随着PDCP-DGB质量分数的增加,PDCP-DGB/EP复合材料最大分解速率温度升高,残重率提高,LOI上升,烟密度等级和最大烟密度降低,热释放速率峰值（PHRR）降低,总热释放量（THR）减小;PDCP-DGB有利于提高PDCP-DGB/EP复合材料的热稳定性能和阻燃性能,但对其力学性能影响较小;当PDCP-DGB质量分数为15wt%时,PDCP-DGB/EP复合材料LOI达到28.3%,较纯EP提高了47.4%,垂直燃烧（UL-94）等级达到V-0级;THR、PHRR分别降低了28%、23%,残炭率升高了5.11%;SEM图像显示,PDCP-DGB/EP复合材料的残炭表面得到很好的改善,致密、连续且平整。      

基于微胶囊化聚磷酸铵和微胶囊化膨胀石墨的阻燃硬质聚氨酯泡沫复合材料的制备及性能

采用原位聚合法,以聚氨酯为壳材,制备微胶囊化聚磷酸铵(PUAPP)和微胶囊化膨胀石墨(PUEG).采用XPS、FTIR、TG和SEM分别对PUAPP和PUEG进行表征,结果表明,聚氨酯有效包覆在聚磷酸铵和膨胀石墨表面,成功制备了 PUAPP和PUEG.在此基础上,采用一步法全水发泡工艺将PUAPP和PUEG引入到聚氨酯...     

无卤阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物泡沫复合材料的制备及性能表征

为使得乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)泡沫复合材料具有阻燃功能,分别添加膨胀石墨-聚磷酸铵(EGAPP)和膨胀石墨-聚磷酸铵-热塑性淀粉(EG-APP-TPS)两种不同复配阻燃剂,通过熔融共混和硫化发泡制备了无卤阻燃EVA泡沫复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热分析质谱联用(TG-MASS)及扫描电镜(SEM)测试等对EG-APP/EVA及EG-APP-TPS/EVA泡沫复合材料进行表征。结果表明:EG-APP复配阻燃剂添加量为30wt%、EG与APP质量比为1∶4时,EG-APP/EVA泡沫复合材料的LOI达28.1%,UL-94为V-1级;而当EG-APP-TPS复配阻燃剂添加量同为30wt%,EG、APP与TPS质量比为1∶4∶1时,EG-APP-TPS/EVA泡沫复合材料的LOI可达29.3%,UL-94为V-0级。TG-MASS和SEM分析表明:EG、APP和TPS在气相和固相中均具有显著的协同阻燃作用。