不同阴离子插层的ZnMgAl层状双氢氧化物对聚氨酯弹性体阻燃抑烟性能的影响

分别以水热法及离子交换法制备了NO_3~-和Mo_7O_(24)~(6-)插层的ZnMgAl三元层状双氢氧化物(NO_3-ZnMgAl LDHs,Mo-ZnMgAl LDHs),并分别将制得的两种LDHs添加到聚氨酯弹性体(PUE)中,研究了不同阴离子插层的LDHs对PUE阻燃抑烟性能的影响。锥形量热仪和烟密度仪研究表明,纯PUE的热释放速率峰值(PHRR)及最大烟密度值(Ds,max)分别为920kW/m~2和452,当NO3-ZnMgAl LDHs、Mo-ZnMgAl LDHs的质量分数为7wt%时,LDHs/PUE复合材料的PHRR和Ds,max分别降低至377kW/m~2、343kW/m~2和216、190,两种LDHs对PUE均有较好的阻燃抑烟效果,Mo-ZnMgAl LDHs的效果更显著。LDHs/PUE复合材料的TGA、残炭的拉曼光谱和XPS研究证实,两种LDHs的加入都能够促进LDHs/PUE复合材料催化成炭,提高残炭率,并且能够提高炭层的石墨化程度,使炭层的抗热氧化能力增强;另外,与NO3-ZnMgAl LDHs相比,Mo-ZnMgAl LDHs的引入能够使Mo-ZnMgAl LDHs/PUE复合材料残炭率和炭层的石墨化程度更高,抗热氧化能力更强,有效地保护基体材料避免受热辐射,隔绝氧气,抑制可燃性气体的挥发。     

水滑石在膨胀阻燃涂料中的阻燃抑烟性能的研究

以环氧树脂为基料,聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)/三聚氰胺(MEL)为阻燃体系,镁铝水滑石(LDH)为阻燃抑烟协效剂制备了膨胀型阻燃涂料,重点研究了水滑石在膨胀阻燃涂料中的阻燃抑烟作用。通过大板燃烧法及烟密度分析了LDH对阻燃涂料的耐燃性能及烟密度的影响,采用热失重分析评估了涂料的热稳定性,运用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FTIR)表征了涂料燃烧后炭层的微观结构及残炭成分组成。实验结果表明,LDH的加入明显提高了涂料的阻燃性能与抑烟性能。LDH添加量为50份时,涂料的耐燃时间延长到165 min,烟密度等级(SDR)降低了33%左右。     

簇状羟基锡酸锶的合成及对软聚氯乙烯的阻燃消烟作用

以锡酸钠和硝酸锶为原料,制备了花簇状羟基锡酸锶(SrSn(OH)_6);将其添加到软聚氯乙烯(PVC)中,采用极限氧指数仪、烟密度等级测试仪、拉伸仪和热重分析仪研究了其对软PVC的阻燃、抑烟、拉伸和热降解性能的影响,并通过能谱分析、X射线衍射和扫描电镜对烟密度等级测试后残炭的组成及形貌进行表征。结果表明,SrSn(OH)_6对软PVC具有较好的阻燃和抑烟性能,对其拉伸性能的影响较小;当其添加量为10 g/100 g PVC时,其对应的阻燃软PVC具有最好的阻燃、消烟和拉伸性能;SrSn(OH)_6能促使软PVC燃烧时迅速脱出HCl并交联形成内部具有封闭孔的,外表面致密的膨胀炭层。     

APP-SiO_2凝胶/杨木阻燃复合材料制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法制备聚磷酸铵(APP)-SiO2凝胶/杨木阻燃复合材料,表征其微观形貌、结构组成、物理力学性能,并研究其阻燃抑烟作用机理。结果表明,APP-SiO2凝胶主要分布在木材导管、木射线及细胞间隙中,凝胶体系与木材纤维素形成氢键紧密结合。复合材料在700℃的失重率仅为素材的71.9%,残炭量由5.4%上升到31.9%,热稳定性改善。复合材料的热释放速率、总热释放量、烟生成速率、总烟释放量较未处理木材均明显降低,当APP浓度为18%时,复合材料的总烟释放量仅为素材的4.9%,表现出高效的阻燃抑烟特性。尽管复合材料的静曲强度略微降低,但其弹性模量明显上升,增幅高达35.8%。     

SiO2气凝胶改性丝瓜络复合材料制备及阻燃性能研究

为了降低丝瓜络(LF)的火灾危险性,提高其阻燃抑烟性能,以LF为基体材料,通过溶胶凝胶法制备了SiO₂气凝胶(SA)改性丝瓜络复合材料(LF@SA)。利用多种方法对复合材料LF@SA的热释放性能、残碳微观形貌、热稳定性和阻燃抑烟性能等进行研究。结果表明,在LF中引入SA后可促进致密碳层的生成,显著提高了其阻燃抑烟性能和热稳定性,有效地降低热释放。当水玻璃质量稀释比为1∶4时,LF@SA的极限氧指数达到31.2%,烟密度透光率提升至98.07%,总热释放量明显降低,仅为6.8 kJ/g,与未改性前相比降低了49.3%。SA改性有效提升了丝瓜络的阻燃抑烟性能,有利于丝瓜络的进一步开发应用。     

膨胀型阻燃涂料对木材的阻燃性能

以脲醛树脂(UF)和硅丙乳液(SEA)树脂分别为基料,三聚氰胺磷酸盐(MP)-三聚氰胺(MEL)-季戊四醇(PER)为膨胀阻燃体系,制备膨胀型阻燃涂料。通过极限氧指数、热重分析、锥形量热、扫描电镜对涂料阻燃性能表征分析证明,与SEA相比,UF分解温度较低,残炭量提高了11.53%;与硅丙乳液基三聚氰胺磷酸盐涂料(SEA/MP)木材阻燃涂料相比,脲醛树脂基三聚氰胺磷酸盐涂料(UF/MP/MEL/PER)木材阻燃涂料具有良好的阻燃性能、热稳定性和抑烟性能,残炭量提高了5.05%,总放热量降低了17.0%,总烟气生成量降低了39.3%,在木材表面形成的炭层更加完整。     

三嗪成炭剂和聚磷酸铵协同阻燃动态硫化热塑性弹性体阻燃性能及成炭机制

将三嗪成炭剂(CFA)与聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR),采用极限氧指数、垂直燃烧和锥形量热等测试研究了不同CFA和APP的比例对动态硫化热塑性弹性体(TPV)阻燃性能和力学性能的影响;并用扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射和红外光谱分析了残炭的形貌和结构,进一步研究了其成炭机制。研究结果表明,当CFA和APP的质量比为1∶3,总添加量为40%(质量分数)时,TPV/IFR复合材料具有最佳的阻燃性能,LOI达到26.4%,且通过UL-94 V-0级;锥形量热测试表明,TPV/IFR复合材料具有优异的阻燃和抑烟性能;力学性能测试表明,TPV/IFR复合材料仍具有优异的力学性能,其拉伸强度和断裂伸长率分别为4.19 MPa和391.06%;残炭的形貌和结构分析表明,TPV/IFR复合材料以凝聚相成炭阻燃作用为主,燃烧后形成含有P-O-C和P-O-P交联结构的致密石墨焦炭层,起到隔热隔氧的作用,提高了材料的阻燃性能。     

磷钼酸铵在半硬质聚氯乙烯中阻燃-抑烟的应用

采用化学沉淀法制备磷钼酸铵(APM),并使用红外光谱与X射线衍射仪对其进行检测,结果表明,获得了磷钼酸铵,且其中含有结晶水与少量(NH4)_3PO_4(MoO_3)_(12)·4H_2O。将制备的磷钼酸铵与三氧化钼(MoO_3)、八钼酸铵(AOM)对半硬质聚氯乙烯(PVC)的抑烟性能、阻燃性能及热稳定性能进行对比,并分别通过烟密度、锥形量热及热失重分析表征,结果表明,PVC/APM的抑烟性能、阻燃性能及热稳定性能比PVC空白样、PVC/MoO_3及PVC/AOM更优异,使半硬质PVC的最大烟密度(MSD)与烟密度等级(SDR)分别降低至78.47与61.82;总释放热(THR)降低21.98%;添加5 phr APM后,半硬质PVC在700℃时的残炭量提升21.61%。     

羟基锡酸钴在软质聚氯乙烯中的高效阻燃消烟作用

通过共沉淀法制备了亚微米尺寸的羟基锡酸钴（CHS）阻燃剂,并将其应用于软质聚氯乙烯（PVC）中,制得CHS/PVC复合材料。采用极限氧指数仪（LOI）、锥形量热仪、TG和拉伸仪研究了CHS/PVC复合材料的阻燃性能、热稳定性和力学性能。结果表明,CHS可以有效提高CHS/PVC复合材料的阻燃性能,并对CHS/PVC复合材料的力学性能保护较好;与空白PVC相比,当CHS添加量（CHS与PVC质量比）为10%时,CHS/PVC复合材料的LOI增加了2.3%,热释放速率峰值和烟释放速率峰值分别下降了39.6%和57.4%。这主要是由于CHS受热后脱除的水具有冷却和稀释热量的作用;另一方面在燃烧过程中生成的CoCl₂可以有效催化PVC早期分解,形成更加致密且连续的残炭,从而有效抑制PVC的燃烧。      

分子筛/受阻胺对膨胀阻燃聚丙烯的协同阻燃作用

采用热失重、极限氧指数、锥形量热研究了以受阻胺(NOR116)和分子筛为协效剂,与聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)在聚丙烯基体中的热降解行为及协同阻燃性;并用拉曼光谱和扫描电镜分析了残炭的结构和形貌,进一步研究了其协同阻燃机理。结果表明,NOR116/分子筛协效阻燃体系可明显提高极限氧指数并改善燃烧时熔滴缺陷,显著降低热释放速率、烟释放速率;NOR116可有效提高PP的初始分解温度及最大分解速率温度,使膨胀阻燃体系后期的交联成炭及气体释放更加匹配;在燃烧过程中分子筛与膨胀阻燃体系形成了Si-P-Al-C的结构,可有效稳定炭层;拉曼光谱及扫描电镜结果表明,NOR116和分子筛可促进膨胀阻燃体系形成致密且高石墨化程度的炭层,有效阻隔了氧气的进入及热的反馈。     

Effects of carbon fibers on the flammability and smoke emission characteristics of halogen-free thermoplastic polyurethane/ammonium polyphosphate

In the present study, the effects of carbon fibers (CFs) on flame retardancy, smoke emission, thermal and mechanical properties of thermoplastic polyurethane (TPU)/ammonium polyphosphate (APP) are investigated. The cone calorimeter results show that the combination of 15.00 wt% APP + 5.00 wt% CF greatly lowered peak heat release rate, total heat release, and total smoke release, as well as increased char residue, which is due to a compact char layer formed on the ablating surface of TPU-4 composites, as shown by the SEM results. Smoke suppression properties investigated by smoke density test demonstrate that CF combined with APP greatly reduced the smoke emission. The TPU composite containing 5.00 wt% CF has the highest LOI value of all the intumescing composites studied. Meanwhile, the addition of CF also caused enhanced mechanical properties of TPU composites to a certain degree. Thermogravimetric (TG) analysis indicates that CF combined with APP enhanced the high-temperature thermal stability of TPU composites compared with the pristine TPU, due to the increase of the char residue. Thermogravimetric analysis/infrared spectrometry (TG–IR) results demonstrate that CF could catalyze the further decomposition of TPU composites and remarkably reduce the production of aromatic compounds as a smoke precursor, which are the major parts of smoke.     

CuMoO<Subscript>4</Subscript>@hexagonal boron nitride hybrid: an ecofriendly flame retardant for polyurethane elastomer

A novel flame retardant (CuMoO₄@h-BN) was synthesized through the co-precipitation method, and its structure and morphology were systematically characterized. CuMoO₄@h-BN was added to polyurethane elastomer (PUE) to investigate the effect of thermal, flame retardancy and smoke suppression properties on the PUE composites. The results showed that 2 wt% CuMoO₄@h-BN increased the residual char yield of the PUE composite notably to 9.8%. CuMoO₄@h-BN exhibited an excellent charring effect. Compared with pure PUE, 2 wt% CuMoO₄@h-BN decreased the peak heat release rate, total heat release and smoke density of the PUE composite by 73.6, 52.4 and 28.2%, respectively. CuMoO₄@h-BN performed well in flame retardancy and smoke suppression. It may be attributed mainly to the physical barrier effect of h-BN and catalytic carbonization effect of CuMoO₄. It is expected that this simple and inexpensive treatment of PUE may help expand the fire safety applications of the material.     

聚磷酸铵/次磷酸铝协效阻燃聚丙烯/木粉复合材料

以聚磷酸铵(APP)和次磷酸铝(AHP)为阻燃剂,马来酸酐接枝聚丙烯(MA-g-PP)为界面相容剂,通过熔融共混制备了聚丙烯(PP)/木粉(WF)复合材料。采用UL-94垂直燃烧、氧指数(LOI)、热重分析(TGA)探究了阻燃PP/WF复合材料的阻燃性和热分解过程。实验表明,当APP与AHP质量比为9∶1时,LOI值为28.3%,垂直燃烧UL-94达到V-0级。TGA和DTG测试表明,APP与AHP复配能降低木纤维的分解温度,使复合材料提前成炭,达到阻燃作用;加入APP与AHP的PP/WF复合材料的成炭率提高了141%,其高温稳定性也得到提高。通过SEM观察到,当m(APP)∶m(AHP)=9∶1时,木塑复合材料可形成致密的炭层,具有更好的隔热、隔氧作用,从而提高了阻燃性。结果表明在聚磷酸铵中加入少量的协效剂次磷酸铝可明显提高PP/WF复合材料的阻燃性。     

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。     

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。      

异氰酸酯三聚体对聚异氰脲酸酯泡沫塑料的阻燃作用

利用红外光谱、扫描电镜、热分析、锥形量热仪和高温裂解气相色谱质谱联用等表征方法从凝聚相热分解阶段的机理,凝聚相表面成炭层的阻隔机理和气相机理3方面对异氰酸酯三聚体对聚异氰脲酸酯泡沫塑料(PIR)的阻燃机理进行了研究。结果表明,三聚体能提高PIR泡沫的热稳定性,在燃烧中不易分解;三聚体能使PIR泡沫的成炭量较聚氨酯(PU)泡沫的成炭量提高到29.9%,形成的炭层更为致密,炭层能够阻隔热和氧气,提高阻燃性能;三聚体能减少可燃性多元醇气体的释放量,分解出更多的二氧化碳惰性气体,在气相起到一定的阻燃作用。     

硼-氮阻燃剂与氢氧化镁协同阻燃环氧树脂

将硼-氮阻燃剂2,4,6-三(4-硼酸-2-噻吩)-1,3,5-三嗪(3TT-3BA)与Mg(OH)_2进行复配,然后将其添加到环氧树脂(EP)中,通过热重分析、锥形量热、极限氧指数、垂直燃烧等测试方法,研究了3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系对EP的阻燃性能。研究发现,3TT-3BA与Mg(OH)_2具有协同阻燃作用,添加10%3TT-3BA/10%Mg(OH)_2到EP中,其极限氧指数达到了32.5%,垂直燃烧达到了UL94 V-0等级。同时,3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系还能有效减小EP热释放速率、热释放总量和生烟总量。通过扫描电镜等手段探讨了3TT-BA/Mg(OH)_2复配体系的阻燃机理。