基于微流控技术的阻燃微胶囊的制备及其改性环氧树脂的性能与阻燃机制

为了进一步提高环氧树脂的阻燃性能,采用微流控技术制备了以乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)为壳,高效磷-氮阻燃剂(FR-PN)为芯材的FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊,并将其运用于环氧树脂(EP)中;对比了FR-PN/EP、FR-PN@ETPTA/EP的热稳定性、阻燃性能和力学性能;探讨了FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊对EP的燃烧性能和热降解行为的影响,揭示了FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊的阻燃机制。试验结果表明：FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊能够改善EP的阻燃性能,当阻燃微胶囊添加量为10wt%时,树脂的极限氧指数(LOI)值增加至37.3%,UL-94等级达到V-0级。环氧树脂中添加FR-PN阻燃剂或FR-PN@ETPTA阻燃微胶囊会降低树脂的拉伸性能和弯曲性能,但加入阻燃微胶囊试件的拉伸性能和弯曲性能优于加入阻燃剂的试件,且添加10wt%阻燃微胶囊后,树脂的冲击强度比纯EP增加了39%。研究表明,阻燃微胶囊改性环氧树脂的阻燃机制是气相阻燃与凝聚相阻燃相结合。     

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。     

β-环糊精-聚磷酸铵对黄麻/聚丙烯复合材料阻燃性能的影响

将黄麻纤维和聚丙烯纤维（PP）通过梳理、铺网和针刺的方式形成黄麻/PP复合材料毡,采用表面撒粉工艺,将阻燃剂β-环糊精（β-CD）、β-CD与聚磷酸铵（APP）复配热压后在黄麻/PP复合材料表面形成阻燃层,采用FTIR、极限氧指数测试仪、水平燃烧测试仪、锥形量热测试仪、热重分析测试仪、SEM及万能试验机等检测黄麻/PP复合材料阻燃性能、力学性能、成炭性能及样品表面微观形貌。结果表明:β-CD与APP复配后在黄麻/PP复合材料表面热压成膜可以显著提高复合材料的阻燃性能和热稳定性。当β-CD-APP复配阻燃剂质量分数为20wt%、β-CD与APP的质量比为1∶2时,黄麻/PP复合材料水平燃烧58 s后自熄,极限氧指数（LOI）值达到26.6%,根据日本JISD 1201—77标准,属于第三难燃等级材料,此时热释放速率和有效燃烧热值最小,700℃时的残炭量增加了11.68%。力学性能测试表明,在黄麻/PP复合材料表面增加阻燃层后,弯曲强度增加而拉伸强度不受影响。      

聚磷酸铵/聚酰亚胺微胶囊化改性阻燃聚丙烯薄膜性能研究

以聚磷酸铵(APP)为芯材、聚酰亚胺(PI)为囊材，通过低温喷雾干燥法制备微胶囊化改性APP阻燃剂。扫描电镜和红外光谱分析表明，改性后的APP分散性得到改善，并且PI较好地包覆在APP表面。将改性APP按照一定比例加入到PP树脂中制得薄膜，结果表明，改性APP的添加有提改善了薄膜的阻燃性能，极限氧指数比空白组最高提升了42.2%,UL-94达到V-0级，且热释放速率明显减缓，残炭量显著提升。此外，薄膜的机械性能、微观结构均未发生较大改变，可适用于物品的阻燃包装。     

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。     

MOF-74(Ni)@聚磷酸铵的制备及对环氧树脂阻燃性能的影响EI

通过溶剂热法合成了MOF-74(Ni)@聚磷酸铵(APP),将其与环氧树脂(EP)复合制备兼具良好阻燃与力学性能的环氧树脂复合材料。复合材料的氧指数、水平垂直燃烧以及电子拉力机测试结果表明:添加5%MOF-74(Ni)@APP的样品与添加5%APP的样品相比,极限氧指数从26.2%提高到28.0%,UL-94测试从NR提高至通过V-1等级,同时力学性能如拉伸强度、弯曲强度、弹性模量和断裂伸长率分别提高45.8%,6.87%,19.67%和22.68%。对燃烧后残炭的分析说明,负载的MOF-74(Ni)使残炭的石墨化程度更高,从而有利于材料阻燃性能的提高。     

MOF-74(Ni)@聚磷酸铵的制备及对环氧树脂阻燃性能的影响EI北大核心CSCD

通过溶剂热法合成了MOF-74(Ni)@聚磷酸铵(APP),将其与环氧树脂(EP)复合制备兼具良好阻燃与力学性能的环氧树脂复合材料。复合材料的氧指数、水平垂直燃烧以及电子拉力机测试结果表明:添加5%MOF-74(Ni)@APP的样品与添加5%APP的样品相比,极限氧指数从26.2%提高到28.0%,UL-94测试从NR提高至通过V-1等级,同时力学性能如拉伸强度、弯曲强度、弹性模量和断裂伸长率分别提高45.8%,6.87%,19.67%和22.68%。对燃烧后残炭的分析说明,负载的MOF-74(Ni)使残炭的石墨化程度更高,从而有利于材料阻燃性能的提高。     

微胶囊化聚磷酸铵阻燃硅橡胶的研究

以酚醛树脂为囊材,采用物理包覆法制备了微胶囊化聚磷酸铵(MCAPP),并将MCAPP用来制备无卤阻燃的硅橡胶。研究了聚磷酸铵(APP)与MCAPP对硅橡胶阻燃性能和力学性能的影响。结果表明:随着MCAPP的添加量增加,硅橡胶的阻燃性能增加,而硅橡胶的拉伸强度下降。当100份硅橡胶中添加40份MCAPP时,硅橡胶的氧指数(LOI)为33%;与添加APP阻燃的硅橡胶相比,添加MCAPP阻燃的硅橡胶的拉伸强度提高了41.6%,而且氧指数也提高了6.5%。     

类水滑石的制备与改性及其在聚丙烯阻燃中的应用

采用共沉淀法制备了镁铝类水滑石（LDHs）前驱体,加入少量聚磷酸铵（APP）制得APP-LDHs,探讨了不同质量分数APP对LDHs晶体生长的影响;当APP在LDHs前驱浆液中添加量为0.8wt%时,将APP-LDHs与季戊四醇（PER）、硅烷偶联剂KH-550进行球磨混合,制备插层包覆改性的LDHs;通过XRD、FTIR、SEM和TG等对改性前后的LDHs进行了表征;采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧测试（UL-94）、缺口冲击和弯曲实验等方法研究了LDHs改性前后LDHs/聚丙烯（PP）复合材料的阻燃性能及力学性能的差异。研究结果表明：APP的加入,未显著影响LDHs的层板生长,但其层板堆叠受到抑制;SEM观察表明,所制备的LDHs为片状,且经插层包覆改性后的LDHs粉体形貌较为规整,颗粒粒径为100~250 nm;改性LDHs在较高温度下的热稳定性显著优于未改性的LDHs;当PP中加入质量分数为20%的LDHs及改性LDHs时,可抑制PP燃烧时产生的熔滴,并促使LDHs/PP复合材料表面形成炭层;改性LDHs/PP复合材料具有更好的阻燃性能,且其冲击强度、弯曲强度等力学性能下降不明显。     

苯并噁嗪树脂及其玻璃纤维增强复合材料的阻燃改性

应用聚磷酸铵(APP)对苯并噁嗪(BOZ)树脂及玻璃纤维(GF)/BOZ复合材料进行了阻燃改性,结合热分析和微观形貌分析等研究了材料的阻燃机制。结果表明:APP可以明显提高BOZ树脂的阻燃性能,随APP含量的提高,树脂体系的极限氧指数逐渐提高,添加量为3wt%时可使BOZ树脂的极限氧指数从基体的31.5%提高到34.5%,并达到UL 94V-0级。APP的加入使改性树脂体系的分解温度前移,玻璃化转变温度略有下降,改性树脂体系固化反应提前,反应过程变得缓和。APP的加入使GF/BOZ复合材料的阻燃性能进一步提高,10wt%GF/APP-BOZ复合材料的极限氧指数从GF/BOZ的51.0%提高到57.7%。微观形貌分析表明:APP的加入使APP-BOZ改性树脂及GF/APP-BOZ复合材料燃烧后生成更为致密的炭层,从而使材料的阻燃性能得到提高。     

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。     

Effect of flame retardants on flame retardant,mechanical, and thermal properties of sisal fiber/polypropylene composites

A flame retardant efficiency of flame retardants; ammonium polyphosphate (APP), magnesium hydroxide (Mg(OH)₂), zinc borate (Zb), and combination of APP with Mg(OH)₂ and Zb in sisal fiber/polypropylene (PP) composites was investigated using a horizontal burning test and a vertical burning test. In addition, maleic anhydride grafted polypropylene (MAPP) was used as a compatibilizer to enhance the compatibility in the system; i.e. PP-fiber and PP-flame retardants. Thermal, mechanical, and morphological properties of the PP composites were also studied. Adding the flame retardants resulted in improved flame retardancy and thermal stability of the PP composites without deterioration of their mechanical properties. APP and combination of APP with Zb effectively enhanced flame retardancy of the PP composites. No synergistic effect was observed when APP was used in combination with Mg(OH)₂. SEM micrographs of PP composites revealed good distribution of flame retardants in PP matrix and good adhesion between sisal fiber and PP matrix.     

原位一步合成CuAl-LDHs-聚磷酸铵及其在聚丙烯阻燃中的应用

采用原位一步法合成铜铝类水滑石（CuAl-LDHs）,通过控制铝酸钠/聚磷酸铵（NaAlO₂/APP）的质量比（0.82~3.28）合成CuAl-LDHs-APP。采用XRD、FTIR、SEM和TG对所制备的CuAl-LDHs及CuAl-LDHs-APP进行表征。采用极限氧指数（LOI）、垂直燃烧（UL-94）测试、弯曲及拉伸试验等考察了CuAl-LDHs/聚丙烯（PP）及CuAl-LDHs-APP/PP复合材料的阻燃性能及力学性能。SEM 观察表明:LDHs结构为片状,随着NaAlO₂与APP质量比的减小,CuAl-LDHs-APP颗粒粒径相应减小,当NaAlO₂与APP的质量比为0.82时,CuAl-LDHs-APP颗粒粒径达到20 nm左右,比表面积为183.5 m2/g。TG分析表明:CuAl-LDHs-APP在高温下有较好的热稳定性。当PP中加入质量分数为20%的CuAl-LDHs及CuAl-LDHs-APP时,LDHs/PP复合材料表面形成炭层;当NaAlO₂与APP质量比不大于1.64时,CuAl-LDHs-APP的添加可抑制PP燃烧时产生的熔滴现象;与CuAl-LDHs/PP复合材料相比,CuAl-LDHs-APP/PP复合材料具有更好的阻燃性能和力学性能;与PP材料相比,CuAl-LDHs-APP/PP复合材料的弯曲强度和拉伸强度等力学性能的下降也不明显。      

马来酸异氰尿酸酯成炭剂的合成及其对聚丙烯阻燃性能的研究

以1,3,5-三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)和马来酸酐(MAH)为原料,合成一种马来酸异氰尿酸酯成炭剂(MT),采用傅里叶红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1 H NMR)和元素分析等对其进行表征。将MT与聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR)应用于PP阻燃,当IFR添加量为30%(质量分数),m(APP)/m(MT)=2∶1时,PP复合物的极限氧指数(LOI)达35.2%,垂直燃烧测试达V-0级。热重分析结果表明,IFR的加入可以提高PP复合物的热稳定性。锥形量热测试结果表明IFR的加入可使PP复合物的pHRR降低70.6%,THR下降22.0%。     

三聚氰胺聚磷酸盐对竹纤维/聚丙烯复合材料力学及阻燃性能的影响

采用三聚氰胺聚磷酸盐（MPP）作为阻燃剂,加入到竹纤维/聚丙烯（BF/PP）复合毡中,制备MPP-BF/PP复合材料。采用力学测试和SEM研究MPP对MPP-BF/PP复合材料力学性能和微观形貌的影响;采用极限氧指数（LOI）、热失重（TG）和吸水率为指标研究MPP对MPP-BF/PP复合材料阻燃性、热稳定性和耐水性的影响。测试表明:MPP的质量分数小于30wt%时,MPP-BF/PP复合材料弯曲强度和冲击强度随MPP质量分数的增加先增大后减小,当MPP质量分数达到5wt%时,MPP-BF/PP复合材料呈现出最佳的弯曲强度和冲击强度;MPP在MPP-BF/PP复合材料内部均匀分布,而随着MPP质量分数的增加,MPP-BF/PP复合材料断裂面的粗糙度明显提高,即MPP与PP界面相容性变差,使其力学性能降低。LOI测试结果表明,MPP可以有效提高MPP-BF/PP复合材料的阻燃性能,当MPP质量分数为30wt%时,MPP-BF/PP复合材料LOI达到24.3%。热失重测试表明,MPP的加入可提高MPP-BF/PP复合材料的热分解温度,促进其残炭率明显增大,有利于提高MPP-BF/PP复合材料阻燃性能。耐水性能测试结果表明,MPP质量分数小于20wt%时,MPP对MPP-BF/PP复合材料的耐水性能没有明显影响。采用模糊综合评价法分析表明,MPP质量分数为10wt%时,MPP-BF/PP复合材料性能最优。      

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。     

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。      

环氧树脂/聚磷酸铵复合材料的阻燃性能与热降解行为

利用环氧树脂(EP)成炭能力,引入聚磷酸铵(APP)以提高其阻燃性能。当APP质量分数为9%时,EP/APP氧指数达30.5%,垂直燃烧性能通过V-0级。相比EP,EP/APP的热释放峰值与总热释放均有所下降。此外,利用热失重-红外联用设备研究了EP以及EP/APP的热降解行为并解释相关机理:EP在高温下会释放CO、甲醇等易燃性气体,剧烈燃烧并放出大量的热;APP在低温阶段的热裂解产物会催化EP的降解,但在高温下EP/APP却有热稳定性优异的炭层形成,在火灾中此炭层会覆盖在基体表面保护下部材料以免其遭到进一步的破坏。