聚磷酸酯阻燃剂对PC/ABS合金阻燃性能影响

以聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯(POPP)为阻燃剂,对PC/ABS合金进行阻燃改性。通过极限氧指数(LOI)测试、垂直燃烧(UL-94)测试、热重分析(TGA)测试、锥形量热(CONE)测试和扫描电镜(SEM)测试等表征方法研究其阻燃性能。结果表明,当阻燃剂添加量为15%时可以达到UL94 V-0级,LOI值为21.1%;最大热释放速率(Pk-HRR)下降41.7%,热释放总量(THR)下降31.1%;TGA和SEM分析显示改性PC/ABS合金具有更好的成炭效果,燃烧后能促进表面生成致密多孔炭层,有效的隔绝氧气提高材料的阻燃性能。     

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。     

有机蒙脱土与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯

分别以膨胀型阻燃剂(IFR)为主阻燃剂、有机蒙脱土(OMMT)为协效阻燃剂,对聚丙烯(PP)进行阻燃改性。采用UL-94垂直燃烧、极限氧指数(LOI)、热失重(TG)及拉伸等测试分别表征PP/IFR/OMMT复合材料的阻燃性能、热稳定性能及力学性能,研究了IFR和OMMT对PP阻燃性能、力学性能和热稳定性能的影响。通过红外线光谱仪分析了试样物质组成及扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的外观形貌。结果表明:OMMT的加入,使PP/IFR复合材料体系的热稳定性和阻燃性能得到极大提高。当添加2%(质量分数)OMMT,PP/IFR/OMMT复合材料的LOI值从18%上升到23%,阻燃级别从NR提升到V-0,并且无熔滴滴落,同时复合材料的力学性能也较好,拉伸强度达到34.46MPa,断裂伸长率能达到107.19%。     

膨胀型阻燃剂/聚碳酸酯复合材料的阻燃性能研究

通过极限氧指(LOI)、水平垂直燃烧(UL-94)、热重分析法(TGA)、锥形量热(CONE)等方法研究了新型膨胀型阻燃剂(SNP)对聚碳酸酯(PC)阻燃性能的影响。结果表明,阻燃PC的SNP最佳添加量为0.075%(质量分数),复合材料的LOI达到34.75%、UL-94 V-0级别,其点燃时间(TTI)减少40%、烟热释放量的峰值(PSPR)降低16.7%、火势增长指数(FIGRA)降低56%、峰值热释放速率时间(TPK-HRR)是原料PC的1.6倍,呈现出良好的阻燃性能和抑烟效果。SEM研究表明,SNP阻燃PC存在凝聚相和气相双重阻燃机理。     

高相对分子质量膨胀型阻燃剂的合成及在聚氨酯阻燃中的应用

为了改善热塑性聚氨酯的阻燃性能,并尽量减小阻燃剂对其力学强度的影响,本文以三氯氧磷、季戊四醇(PER)、硫氰酸钾(KSCN)和1,3-丙二胺为原料合成了一种螺环状膨胀型高分子阻燃剂ISPDP,并采用核磁共振氢谱、红外光谱和凝胶渗透色谱对其结构进行了表征。热失重分析表明,ISPDP对热塑性聚氨酯具有明显促进成炭的作用。通过极限氧指数(LOI)和垂直燃烧(UL-94)对阻燃热塑性聚氨酯(ISPDPTPUs)体系进行燃烧测试,结果表明随着ISPDP添加量的增加,LOI增长显著,当达到最佳添加量15%时,LOI可以达到33,垂直燃烧等级为UL-94 V-0。扫描电镜对ISPDPTPUs燃烧后炭层表面研究结果显示,随着ISPDP添加量的增大,炭层表面变得更加致密。力学性能测试结果显示,ISPDP最优添加量15%时其拉伸强度略有增加,弹性模量大幅度增强,断裂伸长率仍可保持65%。     

新型三聚氰胺盐类阻燃剂的合成及其在聚乳酸中的应用

以三聚氰胺(MEL)和羟基乙叉二膦酸(HEDP)为原料,合成了羟基乙叉二磷酸四三聚氰胺盐(H-M)。通过改变投料比、反应时间以及反应温度确定了优化的合成工艺条件。通过红外光谱、元素分析和固体核磁等测试手段,表征了其交联网状结构。将3%(wt,质量分数,下同)、5%和10%的H-M通过熔融共混分别添加到聚乳酸(PLA)中,并通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)和锥形量热实验(CONE)等测试研究了PLA复合材料的阻燃性能和热性能。结果表明:PLA/10%H-M的LOI值从纯PLA的19.6%提高至31.8%,UL-94达到V-0等级,热释放速率峰值(PHRR)从纯PLA的697.1kW/m~2降低至443.5kW/m~2。通过分析表明,H-M阻燃体系的作用机理是,燃烧过程中H-M可以生成P—N键的中间体,该中间体受热分解后生成热稳定性较好的交联网状结构,覆盖在材料表面,以提高材料的阻燃性能。     

次磷酸铝对木粉/高密度聚乙烯复合材料阻燃及力学性能的影响

以次磷酸铝(AHP)为阻燃剂对高密度聚乙烯(HDPE)基木塑复合材料进行阻燃改性。采用锥形量热、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)系统评价复合材料的阻燃性能。通过拉伸强度、无缺口冲击强度、弯曲强度等测试,探讨了复合材料的力学性能。并通过热失重分析、扫描电镜对AHP阻燃木粉/HDPE(WF/HDPE)复合材料的机理进行分析。结果表明,AHP、木粉(WF)及WF中的结合水构成膨胀阻燃体系,AHP质量分数为30%时,WF/HDPE复合材料达到垂直燃烧V-0级别,LOI值达到25.5%,阻燃性能显著提高。AHP的加入使WF/HDPE复合材料的力学性能有所下降。     

EPDM/POSS复合材料的阻燃性能

以自行合成的无机-有机杂化材料——笼形八苯基硅倍半氧烷(OPS)与三元乙丙橡胶(EPDM)、硫化剂制成新型复合材料,测定了材料的力学性能和氧指数(LOI)、UL-94阻燃性能,并利用热重分析仪考察了材料的热稳定性,利用锥型量热仪测试了材料的热释放速率等多种燃烧参数。结果表明,OPS复合的EPDM与纯EPDM相比,氧指数有所提高,释热速率降低,热稳定性提高,力学性能得到明显的改善。20份OPS的加入可以使拉伸强度增加一倍,初始热分解温度提高19℃,氧指数提高18.5%,热释放速率降低18.3%。     

阻燃ABS复合材料的制备及热分解性能

以阻燃齐聚物(PSPTR)和酚醛树脂(PF)作为膨胀型阻燃剂(IFR)阻燃丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS), 通过极限氧指数(LOI)和水平垂直燃烧(UL-94)测试研究了阻燃PSPTR-PF/ABS体系的阻燃性能。研究表明, 当PSPTR:PF=1:1(质量比), 总质量分数为30%时, 体系的LOI为28.2%, UL-94达V-1级别。采用热重-红外联用(TG-IR)技术探索了阻燃体系的热性能和热分解历程, 发现PSPTR-PF阻燃剂的加入延缓了ABS的热分解, 提高了ABS的热稳定性能。采用SEM、 XRD和Raman光谱分析了燃烧炭层的形貌和结构。结果表明, PF不仅改善了炭层的致密度, 而且完善了炭层的石墨结构, 最终提高了ABS的阻燃性能。     

聚磷酸酯阻燃剂的制备及其阻燃环氧树脂的性能研究

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、衣康酸(ITA)及10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(ODOPB)等为原料,制备了一种新型聚磷酸酯阻燃剂聚2-[(10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)亚甲基]丁二酸-1-[2-(10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)]对苯二酚酯(POBHOP)。将其应用于环氧树脂EP(E-51)中,制备EP/POBHOP阻燃复合材料。利用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)、拉伸和冲击测试等方法研究了该阻燃复合材料的燃烧性能、热稳定性和力学性能。实验结果表明,加入5%POBHOP后,EP/POBHOP复合材料的LOI达到30.3%,UL-94为V-0级,TGA显示700℃下剩余残炭量达39.49%。力学性能测试结果显示,EP/POBHOP复合材料拉伸强度和断裂伸长率均出现先增后降现象,冲击强度略微下降。     

三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇在EVA中的阻燃研究

研究了三聚氰胺磷酸盐(M P)和季戊四醇(PER)作为膨胀型阻燃剂(IFR)在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的阻燃作用。采用氧指数法和垂直燃烧法研究了M P和PER不同配比对EVA阻燃效果的影响。实验结果表明,M P和PER的配比不同对体系的阻燃有很大影响。在M P和PER总添加量为50%时,M P/PER质量比为2∶1时显示出最好的阻燃效果,阻燃EVA体系氧指数最高,垂直燃烧达到V-0级。采用热分析研究了膨胀型阻燃EVA体系的热分解特性,以及采用激光拉曼光谱等手段对材料燃烧后形成的膨胀炭层进行了表征。     

甲基乙基次膦酸铝/环氧树脂阻燃复合材料性能

以甲基乙基次膦酸铝(Al(MEP))作为环氧树脂(EP)的阻燃剂, 制备了Al(MEP)/EP复合材料, 利用垂直燃烧和氧指数法研究了Al(MEP)/EP复合材料的阻燃性能; 探讨了不同组成的Al(MEP)/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度; 采用红外光谱(FTIR) 、 TGA 、 DSC、 SEM分别对样品的结构、 热稳定性、 玻璃化转变温度(T_g) 和形貌进行了分析。 结果表明, Al(MEP)的质量分数为15%时, Al(MEP)/EP复合材料的氧指数值(LOI)即可达到32.5%, 垂直燃烧达到UL 94 V-0级。此外, 各种组成的复合材料的力学性能较好、 热稳定性能优良。     

无卤固态芳香族磷酸酯阻燃的聚碳酸酯

将无卤固态芳香族磷酸酯(SDP)用于阻燃聚碳酸酯(PC),研究了其对PC阻燃性能、力学性能、热分解行为及灼烧残炭的影响。实验结果表明,SDP对PC有较高的阻燃效率,添加量为6%时,可使PC达UL94V-0级(1.6 mm),LOI近35%。此外,SDP能提高PC的拉伸强度、弯曲强度、拉伸模量、弯曲模量及添加量小于4%的断裂伸长率。热失重-红外联用(TG-IR)数据表明,SDP可提前并加速PC的交联成炭,但不能提高PC的成炭率。     

Fire retardancy of sol–gel derived titania wood-inorganic composites

Sol–gel technology was applied in tailoring novel wood-made-inorganic composites with improved thermal and fire properties. In practice, composites materials were prepared by impregnating pine sapwood wood with nano-scaled precursor solutions derived from titanium(IV) isopropoxide followed by a thermal curing process. Thermal and fire properties were evaluated by thermal analysis and cone calorimetry, whereas flammability was specified by oxygen index (LOI) and UL 94 test. Peak heat release rates were moderately reduced indicating fire retardance potential in terms of flame spread attributed to the appropriate protection layer action of the titania-based depositions. LOI (oxygen index) values of these composites were increased up to 38 vol.% in comparison to 23 vol.% for untreated wood. The flame retardancy performance depends on the fire scenario and is strongly influenced by wood loading and crack-free deposition of the titania layers inside the composite.     

三聚氰胺苯基磷酸盐的合成及在硬质聚氨酯泡沫中的应用

以三聚氰胺(MEL)和苯基磷酸(PPA)为原料,合成出一种磷氮类阻燃剂——三聚氰胺苯基磷酸盐(MPP),采用核磁共振磷谱和红外光谱对其结构进行了表征。通过极限氧指数(LOI)、UL 94和锥形量热测试对MPP阻燃的硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的燃烧性能进行了研究。结果表明,当MPP添加量为15%(质量分数)时,阻燃RPUF的LOI为27%,达到了UL 94V-0级,其热释放速率峰值(PHRR)相对于未阻燃RPUF降低了约44%。采用热重分析(TGA)研究了阻燃RPUF的热分解特性,结果表明,添加15%MPP的阻燃RPUF的压缩强度和弯曲强度分别比未阻燃RPUF提高了50%和27%。导热系数测试结果表明,添加15%MPP的阻燃RPUF的导热系数稍微有所增加,约为0.025 9 W/(m·K)。     

Preparation of a Novel Phosphorus–Nitrogen-Containing Flame Retardant by Supramolecular Reaction and its Application in Epoxy Resin

Piperazine hexahydrate (PI) and diethylenetriamine penta(methylene phosphonic acid) (DTPMP) are used to synthesize flame-retardant PI-DTPMP through supramolecular reaction. The incorporation of PI-DTPMP simultaneously improves the mechanical and flame-retardant properties of epoxy resin (EP). With only 5 wt% loading of PI-DTPMP, EP composites show excellent flame retardancy with a limiting oxygen index (LOI) of 36.4% and V-0 rating in the UL-94 test. The cone calorimetric test results demonstrates that the peak heat release rate, total heat release, and total smoke release of EP/5%PI-DTPMP are reduced by 44.9%, 34.7%, and 37.7% compared with that of neat EP, respectively, owing to the formation of compact and insulating char layer during combustion. Moreover, EP/PI-DTPMP composites show enhanced mechanical properties with the improved tensile and impact strength, as well as higher storage modulus, crosslink densities, and glass-transition temperatures in dynamic mechanical analysis.     

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引入到聚氨酯硬泡(RPUF)中,制备出一系列阻燃RPUF复合材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、TG、万能试验机、导热及密度测试研究了PUAPP/RPUF、PUEG/RPUF及PUAPP-PUEG/RPUF复合材料的阻燃性能、力学性能、保温性能及热稳定性。研究表明,微胶囊化阻燃剂的加入可以提高RPUF复合材料的高温稳定性,PUEG/RPUF、PUAPP/RPUF和PUAPP-PUEG/RPUF复合材料在700℃的残炭率从1.2wt%分别提高至6.9wt%、11.2wt%和10.7wt%。阻燃测试表明,PUAPP和PUEG可以有效提高RPUF复合材料的阻燃性能,当加入10.4wt% PUAPP时,PUAPP/RPUF复合材料的LOI提高到22.3vol%,UL-94等级为V-0级;当加入10.4wt% PUEG时,PUEG/RPUF复合材料的LOI达到25.3vol%,UL-94等级为V-0级;PUAPP-PUEG/RPUF复合材料的LOI达到24.3vol%,UL-94等级为V-0级。SEM和拉曼测试表明,PUAPP和PUEG可以提高RPUF复合材料的炭渣石墨化程度,使炭渣的致密性更强。      

聚磷酸铵微胶囊对环氧树脂阻燃性能和力学性能的影响

研究了聚磷酸铵(APP)以及APP两种微胶囊,即环氧树脂包覆的APP(EPAPP)和密胺甲醛树脂包覆的APP(MFAPP)在环氧树脂(EP)中阻燃性能、力学性能以及阻燃剂与EP之间的相容性。结果表明,APP在EP中具有较好阻燃效果。与未包覆的APP相比,环氧树脂和密胺甲醛树脂包覆APP(EPAPP和MFAPP)在环氧树脂(EP)中氧指数和垂直燃烧级别基本不变;但添加APP微胶囊的阻燃EP体系的力学性能都有所改善,尤其是冲击强度有较大幅度提高。表面电阻的实验发现,在EP体系中添加APP或APP微胶囊对体系绝缘性能基本上没有影响。     

氢氧化铝包覆改性聚磷酸铵及其在阻燃聚丙烯中的应用研究

针对聚磷酸铵(APP)有一定的水溶解性和阻燃效率不高等问题, 提出了采用氢氧化铝(ATH)包覆改性APP的方法。X射线荧光光谱(XRF)和扫描电镜(SEM)分析结果显示, 在APP颗粒表面实现了ATH的包覆改性。测试表明, ATH包覆改性后的APP溶解度明显下降, 比表面大幅增加。将改性后的APP与双季戊四醇(DPER)复配, 作为膨胀阻燃剂添加到PP中, 阻燃PP的燃烧性能测试结果表明: 阻燃剂总添加量为25%时, 包覆ATH的APP使阻燃PP 3.2 mm样条的垂直燃烧级别从V-1提高到V-0, 氧指数(LOI)从26.6%增加到31.8%, 热释放速率峰值(PHRR)从475 kW/m²下降至308 kW/m², 下降了约35%。对阻燃PP的燃烧残炭研究说明, APP经ATH包覆改性后, 促进了阻燃PP在燃烧时形成更加完整均匀的炭层, 因而改善了阻燃性能。