竹基多孔碳协同聚磷酸铵阻燃环氧树脂的分子动力学与耗散粒子动力学模拟

添加剂与基材的相容性是影响复合材料综合性能的重要因素。采用分子模拟技术建立竹基多孔碳材料(PCM)协同聚磷酸铵(APP)复合于环氧树脂(EP)体系的分子模型,利用分子动力学和耗散粒子动力学进行模拟计算;通过实验对模拟结果进行验证。模拟结果表明,与PCM*2相比,表面含有更多含氧活性基团的PCM*1更有利于通过组分之间氢键的形成增强相互作用;与EP/APP/PCM*2(391.9 kJ/mol)相比,EP/APP/PCM*1的结合能显著增大,其值为470.2 kJ/mol,径向分布函数g(r)曲线更高。PCM的介观形貌证明了其表面活性基团有利于组分在EP中的分散,提高了其与基材的相容性。验证结果表明,PCM1的O/C更高,提高了APP在EP中的分散性,EP/APP/PCM1的氧指数达到了27.3%,与未阻燃EP相比,热释放速率峰值降低了45.4%,表征潜在火灾危险性与轰燃性的pk-HRR/TTI值降低至8.6 kW/(m^(2)·s)。分散性的改善使PCM与APP表现出了更好的协同阻燃作用,与分子模拟结果一致。

陶瓷前体改性竹基多孔碳协同聚磷酸铵阻燃环氧树脂及其热稳定性和力学性能

绿色、低成本及高性能一直是材料制备面临的挑战.本文利用硅烷偶联剂水解产物硅醇与硼酸反应制备了硅硼陶瓷前驱体改性竹基多孔碳材料(MPCM),其中以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)和硼酸改性的MPCM(M6PCM,质量分数1.6%)与聚磷酸铵(APP,质量分数6.2%)协同阻燃环氧树脂(EP)的EP/APP/M6PCM复合材料氧指数达到了31.1%,热释放速率峰值降低了60%,残炭量增加了12.7%,玻璃化转变温度提高到136℃,储能模量达到3319 MPa.机理研究表明,M6PCM表面的硅硼陶瓷前驱体加快了APP脱除H_(2)O和NH_(3)形成聚磷酸的速度,促进了类陶瓷炭的形成及类石墨碳的转化.与相关研究结果相比,APP/M6PCM体系在提高EP复合材料性能的同时显示出了成本优势.

竹基多孔碳协同二乙基次膦酸铝催化阻燃环氧树脂及作用机理研究

利用可再生资源为协效剂,将竹基多孔碳(PCM)与二乙基次膦酸铝(AlPi)添加于环氧树脂(EP),研究了PCM协同AlPi催化阻燃EP复合材料性能及作用机理。结果表明,PCM(3%)与AlPi(4.4%)复合于EP后,复合材料的极限氧指数(LOI)由纯EP的24.6%提高到42.6%,UL 94测试达到V⁃0级,热释放速率峰值降低60.7%,PCM协同AlPi催化阻燃EP的效果显著。热失重⁃红外光谱联用、热失重⁃质谱联用、X射线光电子能谱及拉曼光谱研究揭示,PCM具有催化AlPi在气相释放二乙基次膦酸捕捉自由基,在凝聚相形成氧化铝、磷酸铝和焦磷酸铝,提高炭层的耐热氧化能力及促进类石墨炭层形成的作用。

聚磷酸铵表面处理及阻燃聚丙烯应用研究

采用氨基硅烷偶联剂对聚磷酸铵进行了表面改性.溶解度测试、X射线光电子能谱及热失重分析表明,改性聚磷酸铵具有良好的疏水性;氨基硅烷偶联剂与聚磷酸铵发生了键合反应;改性聚磷酸铵的热失重速率明显降低.氧指数及力学性能测试表明,改性聚磷酸铵与双季戊四醇复配膨胀阻燃聚丙烯的阻燃性能有所提高,拉伸强度及断裂伸长率得到明显改善.研究表明,氨基硅烷偶联剂表面改性聚磷酸铵的方法简便、环保,降低了聚磷酸铵的水溶性,提高了膨胀阻燃聚丙烯的阻燃效果及界面相容性.

含磷环氧树脂的合成及阻燃研究

采用阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)与双酚A型环氧化物(E-51)反应,合成了含磷反应型阻燃环氧化物(E-P),在间苯二胺固化剂作用下,利用E-P制备了含磷反应型阻燃环氧树脂(EP-P).采用傅里叶红外光谱(FTIR)和热失重分析(TGA)分别对E-P的结构及EP-P的热分解行为进行了表征;通过浸水实验,采用极限氧指数(LOI)和UL-94垂直燃烧等方法对比研究了EP-P与添加聚磷酸铵(APP 422)的添加型阻燃环氧树脂EP-AP的阻燃剂抗迁出性.结果表明,含磷反应型阻燃环氧树脂EP-P比添加型阻燃环氧树脂EP-AP的阻燃效率高、阻燃耐久性更强.

双环笼状磷酸酯在膨胀阻燃涂层中的应用

将双环笼状磷酸酯应用于丙烯酸树脂膨胀阻燃涂层,通过燃烧隔热和烟密度测试及热失重分析研究双环笼状磷酸酯对膨胀阻燃涂层耐火时间、产烟量及热稳定性的影响规律;利用光学显微镜及X-射线光电子能谱对膨胀炭层的微观形貌、元素组成及化学状态进行了研究.结果表明,涂层厚度为0.5 mm、耐火时间为11 min时,与聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺传统膨胀阻燃涂层相比,改性双环笼状磷酸酯与聚磷酸铵、三聚氰胺复配的膨胀阻燃涂层背温下降了60℃,最大烟密度降低了58%,热稳定性提高了65℃.

硼酸锌协同膨胀阻燃环氧涂层耐火作用及其机理研究

将硼酸锌(ZB)作为促进成炭的协同剂与双环笼状磷酸酯Trimer膨胀阻燃剂(T-IFR)复配,应用于膨胀阻燃环氧涂层,研究了ZB的协同耐火行为及作用机理.燃烧背温测试仪及锥形量热仪燃烧测试表明,适量添加ZB可产生良好的协同耐火作用,涂层的耐火时间由17 min提高到30 min,最大热释放速率由379.8 kW/m2降低到258.5 kW/m2,最大烟释放速率由0.11 m2/s降低到0.05 m2/s.热失重分析、傅里叶红外光谱、X-射线光电子能谱及扫描电镜研究表明,涂层耐火作用的提高与ZB增加了T-IFR热解残炭量,在残炭中形成了BPO4等耐热产物及改善了涂层燃烧产生的膨胀炭层的均匀性和致密性有关.

膨胀石墨的表面改性及其在PIR-RPUF中的应用

采用聚乙烯醇(PVA)、钛酸酯偶联剂对无卤阻燃剂膨胀石墨(EG)的表面进行了改性,同时将改性EG应用于PIR-RPUF(聚异氰脲酸酯改性聚氨酯泡沫塑料)的阻燃体系中。沉降试验研究表明,表面改性显著提高了EG在PIR-RPUF原料多元醇中的分散稳定性;X-射线光电子能谱(XPS)表面分析指出,改性EG表面存在大量羟基官能团。将改性EG与聚磷酸铵(APP)复合用于阻燃PIR-RPUF,其压缩强度得到相应改善。

新型阻燃技术在聚丙烯中的应用

将一种膨胀阻燃促进剂ＺＥＯ加入ＡＰＰ（聚磷酸铵）／ＰＥＲ（季戊四醇）膨胀阻燃剂中，用于阻燃ＰＰ（聚丙烯）。这种新型阻燃技术大幅度提高了ＡＰＰ／ＰＥＲ阻燃ＰＰ的效果，极限氧指数（ＬＯＩ）由２７５上升到４２０；垂直燃烧试验（ＵＬ９４）达到Ｖ０级；锥形量热仪（Ｃｏｎｅｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）给出的热释放和烟释放等参数也显著下降。本文还采用热重分析仪（ＴＧＡ）、自制热膨胀绝缘测量仪（ＴＦＩＴ）等手段研究了ＺＥＯ促进阻燃效果的机理。

锥型量热仪对聚氨酯泡沫塑料阻燃抑烟性能的评估

本文采用新一代的评估手段－锥型量热仪（ＣｏｎｅＣａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）分别时添加ＡＴＨ／ＤＭＭＰ（Ａ氧化铝／二甲基膦酸甲酯）的硬聚氨酯泡沫塑料和添加Ｔ１０１［四（２－氯乙基）－乙烯基二磷酸酯］及Ｔ１０１／三聚氰胺的软聚氨酯泡沫塑料的燃烧性能（阻燃与抑烟）进行了实验测试。对在真实火情下的燃烧危险性进行了分析研究，为上述两种泡沫塑料的火安全性评估提供了重要的参考依据。

固化体系对环氧树脂阻燃性能影响的研究

比较了间苯二胺(m-PDA)、4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)、甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)三种固化剂与双酚A型环氧树脂(E-51)形成的固化体系燃烧性能的差异,研究了DDM、MeTHPA固化体系对聚磷酸铵(AP462)阻燃环氧树脂燃烧性能的影响。结果表明,DDM固化体系与AP462有良好的协同阻燃效果,仅添加质量分数为25%的AP462,EP-AP462-25/DDM体系的氧指数就可达到41.0%。热失重分析指出,协同阻燃与EP/DDM和AP462的热稳定性匹配、相互作用导致成炭量提高有关。

SiO_2和Al_2O_3对PP/APP/PER膨胀阻燃体系的协同作用

聚丙烯/聚磷酸铵/季戊四醇(PP/APP/PER)是一典型的无卤膨胀体系,文中结合氧指数(LOI)及热失重分析(TGA)实验配合锥形量热仪(CONE)研究了SiO2和Al2O3对该膨胀体系阻燃、抑烟的协同作用。与文献[1]的比较表明,不具有分子筛笼形结构的SiO2或Al2O3同样也具有促进PP/APP/PER体系凝缩相快速成灰、稳定炭层、降低热释放及烟释放的作用;说明硅铝酸盐的物理结构不是影响膨胀阻燃协同作用的主要因素。

拟薄水铝石的胶溶性与结构的关系

拟薄水铝石具有的独特胶溶性能在化工行业广泛应用,但不同拟薄水铝石的胶溶性差异明显。采用FT-IR、DSC、XRD等手段考察了不同拟薄水铝石的胶溶指数与其结构的关系。结果表明,拟薄水铝石胶溶过程及形成铝胶后,其晶体结构基本不变。拟薄水铝石的胶溶性能与其表观物性无关,而与其结晶度有关。结晶水含量决定铝羟基数量,进而决定拟薄水铝石结晶度和γ相转变温度;结晶水含量越多,结晶度越高,胶溶性越好。拟薄水铝石的γ相转变温度与其胶溶指数呈负指数关系。

纳米双羟基复合金属氧化物的阻燃性能

研究了纳米尺寸双羟基复合金属氧化物 ( Mg Al-CO3 -LDH)的结构及其对聚氯乙烯 ( PVC)复合材料的阻燃抑烟性能 .通过 X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、热分析、粒度分析等手段对 LDH进行了表征 .结果表明 ,LDH粒径约为 5 0～ 1 0 0 nm.用透射电镜考察了 LDH与 PVC的复合物尺寸及形貌特征 ,得出改性的LDH在 PVC中能以一次粒子均匀分散 .将氧指数、UL-94垂直燃烧测试结果与文献值对比 ,实验所制备的纳米 LDH对软 PVC具有良好的阻燃效果 .烟密度测试结果表明 ,纳米 LDH是软 PVC良好的抑烟剂 ,每1 0 0份软 PVC仅添加 2 0～ 4 0份 LDH,就可使软 PVC的产烟速率及最大烟密度下降约 4 0 % .

镁基高抑烟纳米阻燃剂在高分子材料中的应用研究

研究了纳米LDH(水滑石 )和纳米Mg(OH) 2 无机阻燃剂对环氧树脂、聚氯乙烯、聚乙烯电缆料及尼龙 6 /聚丙烯体系的阻燃效果。结果表明两者对环氧树脂、聚氯乙烯的抑烟效果极为显著 ,纳米Mg(OH) 2 对聚乙烯有很好的阻燃效果 ,可使氧指数上升 16 %以上 ;纳米LDH与APP(聚磷酸铵 )复配 ,可获得对PA 6 /PP共混物的协同阻燃效果。

纳米双羟基复合金属氧化物协同聚磷酸铵阻燃尼龙-6/聚丙烯燃烧及热降解行为的研究

将纳米双羟基复合金属氧化物 (LDH)与聚磷酸铵 (APP)在一定范围内复配 ,用于尼龙 6/聚丙烯 (PA 6/PP)共混体系可产生良好的协同阻燃效果。实验表明 ,LDH参与了共混阻燃体系的热分解反应 ,催化了PA 6/PP/APP体系的交联、成炭 ;LDH协同阻燃体系的残炭形态致密、光滑、残炭微孔呈闭合状态。协同阻燃作用的机理与LDH和APP热降解过程中产物间的化学与物理作用有关。

低烟阻燃高抗冲聚苯乙烯的研究

用氢氧化镁 (MH)和硼酸锌 (ZB)与十溴二苯醚 (DBDPO) -氧化锑或包覆红磷共同使用以阻燃高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)可使燃烧过程中的发烟量降低 40 %左右。与十溴二苯醚 -氧化锑和包覆红磷体系相比 ,聚苯醚 (PPO )和一种磷酸酯阻燃剂配合使用对HIPS的阻燃。

纳米LDH对环氧树脂燃烧的抑烟作用

将纳米尺寸水滑石加入到环氧树脂中制备成复合材料 ,测试了复合材料的氧指数及无焰燃烧条件下的烟密度 ,考察了纳米 LDH对环氧树脂的阻燃及抑烟效果 ,并探讨了 LDH的阻燃及抑烟机理。结果表明 ,在每克树脂中纳米 LDH的添加量在 0 .2 0～ 0 .60 g范围内 ,就可显示出显著的抑烟效果 ,并可使环氧树脂的氧指数略有提高 ;多孔性、大比表面的 LDH分解产物 ,吸附了燃烧过程产生的碳烟 ,从而起到了抑烟作用。

含磷阻燃剂对硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能和力学性能的影响

比较了4种不同液体含磷阻燃剂——甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三(β-氯异丙基)酯(TCPP)、二甲基膦酸丙酯(DMPP)以及1种新型阻燃剂膦酸二甲酯1201(DM-1201)对硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)的阻燃效果和抑烟效果的影响。同时考察了这4种阻燃剂对RPUF一些物理性能的影响,包括吸水率、导热系数、压缩强度。研究表明,DM-1201的阻燃、抑烟效果最好,添加DM-1201的试样其氧指数(LOI)从纯RPUF的19.5%提高到了25.7%,单位质量的烟密度等级(SDRpm)也较纯RPUF降低了12.3%;在改善材料的压缩强度方面也最有效,垂直于泡孔生长方向上的压缩强度较纯的RPUF提高64.1%;而且添加DM-1201对RPUF的导热系数影响最小。热失重分析表明,DM-1201在提高RPUF的残炭量方面也比另外3种阻燃剂好。

改性可膨胀石墨的制备及在硬质聚氨酯泡沫中的阻燃性能

采用表面接枝硅烷偶联剂法将硼酸负载在可膨胀石墨(EG)表面制得了改性EG(MEG),并考察了MEG在硬质聚氨酯泡沫(RPUF)中的阻燃性能.利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱、膨胀试验及热失重分析对MEG进行了形貌、元素组成及结构性能表征,通过热失重分析、极限氧指数(LOI)及锥形量热仪考察了RPUF/MEG的热稳定性及燃烧性能.结果表明,硼硅化合物作为硅硼陶瓷前驱体已负载在EG表面;MEG及RPUF/MEG体系膨胀炭层更为致密,800℃时的残余量分别较EG和RPUF/EG提高了8.7%和3.7%;RPUF/MEG体系的LOI较RPUF/EG有所提高,热释放速率峰值降低了10%,产烟速率及CO生成速率均显著降低.RPUF/MEG阻燃性能的提高与MEG负载的硅硼陶瓷前驱体促进了阻燃RPUF各组分间的相互作用及增强了炭层的阻隔性有关.