Synthesis and Application of Novel Triazine-Based Charring-Foaming Agents in Intumescent Flame Retardant Polypropylene

Three novel triazine-based charring-foaming agents (M2-CFA, M4-CFA, and M6-CFA) were synthesized successfully with only water as the solvent and were characterized by FT-IR and thermal gravimetric analysis (TGA). These three charring-foaming agents and the byproduct 944-by were employed to study the effectiveness of the novel intumescent flame retardant dopant on the fire retardancy of polypropylene(PP) investigated through UL-94 and limiting oxygen index (LOI) tests. TGA results showed that the M4-CFA presented good char formation ability (char residue: 26.8% at 700 °C). It was found that the sample with a 2/1 mass ratio of APP to M4-CFA exhibited the best flame retardancy among all the PP composites: 35.5% LOI and a V-0 rating of UL-94. Additionally, the microstructure and morphology of char residues were further studied by XRD, Raman spectroscopy and SEM. © 2017, Tianjin University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

高效膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯的阻燃机理

本文采用多聚磷酸铵(APP)、实验室自制三嗪系成炭(CFA),聚丙烯(PP 3080)调整相应比例,采用熔融共混挤出法制备了三元复合材料无卤阻燃聚丙烯,并研究了固定APP和CAF比例为3:1作为复合阻燃剂的前提条件下,分别按照复合阻燃剂和聚丙烯(PP 3080)以20:80、24:76、28:72、32:68的比例制成的三元复合材料对阻燃性能的影响。结果表明,在三元复合阻燃PP体系中,复合阻燃剂添加当加入24%(质量分数)时,与原料PP相比,PHRR、av-EHC、av-SEA分别降低了72.3%、23.4%、44.5%,TPHRR是原料PP的1.89倍,呈现出优异的阻燃效果。

新型环氧树脂固化剂2-乙基-4-甲基咪唑三嗪的合成研究

合成并优化了环氧树脂固化剂2-乙基-4-甲基咪唑三嗪。第一步以2-乙基-4-甲基咪唑和丙烯腈为原料,经迈克尔加成反应,得到中间体1-氰乙基-2-乙基-4-甲基咪唑;该反应在水作溶剂、60℃保温8小时条件下,产率达到最优95.5%。第二步以双氰胺为原料,经环合反应得到产物;该反应在乙二醇单甲醚作溶剂、氢氧化钠作碱,123℃反应6 h条件下时得率达到86.4%。经优化后的总收率可达82.5%。

多阻燃剂协同实现PP泡沫的高效阻燃改性

为提高聚丙烯(PP)泡沫的阻燃性能,以偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,聚磷酸铵(APP)、双季戊四醇(PER)、三嗪大分子成炭剂(CFA)和有机倍半硅氧烷(POSS)为协同阻燃剂,通过双螺杆挤出造粒和平板硫化仪热压工艺,制备未发泡PP塑料样条以及发泡后的PP泡沫样条。通过对燃烧过程、残炭量与碳层结构分析等方面评估不同配比的PP泡沫复合材料的阻燃性能。结果表明,当AC添加质量分数为2%时,APP催化CFA和POSS来提高PER的炭层质量,形成致密碳层,提高了阻燃性能。当阻燃剂总添加质量分数为30%且APP,PER,CFA和POSS的质量比为15∶5∶8∶2时,PP泡沫复合材料的极限氧指数为32.6%,达到最高阻燃级别HF-1,形成的炭层具有优异的抑烟、隔热效果。

超声提取-高效液相色谱法测定生活用纸中11种荧光增白剂

本实验建立了超声提取-高效液相色谱法测定生活用纸中11种双三嗪氨基二苯乙烯型荧光增白剂的分析方法,对提取条件和色谱条件进行了优化。11种物质在25~500ng·mL^(-1)范围内线性关系良好,检出限为0.12~0.24mg·kg^(-1),定量限为0.40~0.80mg·kg^(-1),平均加标回收率为95.0%~102.5%,相对标准偏差(RSD)为1.16%~5.07%。本方法前处理快速简便,回收率和重现性较好,检出限低,分析速度快,干扰少,适合于生活用纸中11种荧光增白剂的测定。

DSD酸-三嗪-四辛基双季铵盐荧光增白剂的合成及性能

以4,4′-二氨基二苯乙烯-2,2′-二磺酸、2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、二辛基甲基叔胺、4-氨基苯甲酸为原料,经过连续缩合反应制备出一种结构新颖的DSD酸-三嗪-四辛基双季铵盐荧光增白剂。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(1 H NMR)对目标化合物进行结构表征,并对荧光性能、增白效果、色度指数、表面活性和表面整理作用进行了测试。结果表明:DSD酸-三嗪-四辛基双季铵盐荧光增白剂具有较强的荧光发射性能;对滤纸进行染色增白处理后,白度值由84.58增加至124.81,且滤纸外观更加光滑平整;目标化合物具有表面活性作用,使水溶液的临界胶束浓度为7.68×10^(-3 )mol/L,表面张力为30.81 mN/m。

新型多羟基三嗪基炭化剂对聚丙烯的阻燃作用

以三聚氯氰(CNC)、三羟甲基氨基甲烷(TRIS)和二乙烯三胺为原料合成了一种新型多羟基三嗪基炭化剂(TTDC)。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、固体核磁共振(^(13)C-NMR)、元素分析和热重分析(TG/DTG)测试对TTDC的化学结构和热性能进行了分析。通过熔融共混的方法将聚磷酸铵(APP)、TTDC和二氧化硅(SiO_(2))加入聚丙烯(PP)中制备PP复合材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、TG/DTG和锥形量热(CCT)测试研究了PP复合材料的阻燃性能和热稳定性,并采用扫描电镜(SEM)和拉曼光谱对残炭的表面形貌和结构进行了研究。结果表明:APP和TTDC具有良好的协同阻燃作用,PP、APP、TTDC和SiO_(2)比例为75∶16∶8∶1时,阻燃效果最佳,PP复合材料的LOI值为32.8%,达到UL-94 V-0级,800℃残炭量达到8.12%,热释放率峰值从纯PP的846.46kW/m^(2)下降到236.61kW/m^(2)。通过燃烧行为、残炭形貌和力学性能的综合分析,表明TTDC是一种高效的炭化剂。

哌嗪基超支化三嗪成炭剂的合成及表征

以NaOH为缚酸剂,水为溶剂,在OP^(-1)0存在下,通过三聚氯氰与哌嗪缩聚合成了哌嗪基超支化三嗪成炭剂,并通过热重分析研究了它们的热稳定性和成炭性。结果表明,其较佳合成条件:n(三聚氯氰)∶n(哌嗪)∶n(NaOH)=1.0∶1.5∶3.0,w(三聚氯氰)∶w(水)∶w(OP^(-1)0)=1.0∶2.7∶0.09,10~15℃缩合2.5 h,50~55℃缩合2.5 h,90~95℃缩聚6 h。在以上条件下,产品的产率、氯含量和水溶性分别为97.3%、0.55%和0.21 g·(100 mL)^(-1)水,产品的热稳定性和成炭性良好。该合成方法不采用低沸点溶剂,不仅减少了污染、安全性更好,而且合成工艺和设备更加简单。

聚磷酸铵/三嗪成炭剂/碳纳米管复配体系对聚丙烯阻燃性的影响

以三聚氯氰和4,4’-二氨基二苯砜为原料制备了新型的三嗪类成炭剂(CA-DDS),并将与聚磷酸铵(APP)复配后用于阻燃聚丙烯(PP)。研究了不同配比的APP/CA-DDS阻燃体系对PP热稳定性和阻燃性能的影响,并进而对比了少量碳纳米管的引入对APP/CA-DDS阻燃体系的提高作用。结果表明:所合成的三嗪类成炭剂CA-DDS具有良好的热稳定性和成炭性能,与APP复配使用可以促进PP成炭,有效地提高PP的阻燃性能,热释放速率峰值由1 046 kW/m2降低至660 kW/m2。在APP/CA-DDS总质量分数为25%,二者质量配比为2∶1的基础上添加质量分数1%的碳纳米管后,可进一步提高PP的阻燃性能,热释放速率峰值降低至352 kW/m2。

含硅成炭剂的合成及其在阻燃PP中的应用研究

以三聚氰氯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷及对苯二胺为主要原料合成了一种含有机硅的三嗪类成炭剂(CA),将其与多聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR)用于聚丙烯(PP)阻燃。研究了APP与CA的配比及用量对PP阻燃性能、力学性能和热稳定性能的影响。结果表明,阻燃改性后的PP具有良好的阻燃性能和力学性能;CA具有优良的成炭作用,含硅基团能够促进PP成炭,提高了PP的热稳定性,有效地抑制了PP的进一步燃烧;当APP/CA为3/1、复配阻燃剂添加量为28%(质量分数,下同)时,阻燃PP的极限氧指数为32.5%,垂直燃烧达UL 94V-0级。

三嗪类成炭剂的合成及对聚丙烯的阻燃

以三聚氯氰、二乙醇胺和乙二胺为原料,设计并合成了一种新型三嗪类成炭剂(CA),将其与聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺(MA)复配成膨胀型阻燃剂(IFR),并用其对聚丙烯(PP)进行阻燃。使用混料设计的方法研究了CA对阻燃PP体系的阻燃性能和力学性能的影响。结果表明,所复配的IFR极大地改善了PP的阻燃性能。当IFR是由80.3%(质量分数,下同)的APP、13.0%的MA和6.7%的CA组成时,IFR对PP体系具有最有效的阻燃性。当PP中IFR加入量为30%时,阻燃PP体系的的极限氧指数(LOI)达到35.5%;当IFR加入量仅为25%时,阻燃PP体系的的阻燃性能也通过UL-94 V-0级,LOI值达到32.5%。

三嗪成炭剂对EVA阻燃性能的影响

三嗪成炭剂(CNCH-DA)与多聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR)应用于EVA的阻燃改性,采用氧指数测定仪(LOI)、垂直燃烧测定仪(UL-94)分析了EVA/IFR复合材料的阻燃性能,采用微型量热仪(MCC)分析了其燃烧行为,并采用热重分析仪(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)研究了其阻燃机理。结果表明,当APP与CNCH-DA的质量比为2∶1时,EVA/IFR复合材料的LOI值达到27.7%,并且通过了UL-94 V-0级测试;MCC分析结果表明,添加了IFR后,EVA的燃烧性能下降;TGA分析结果表明,当添加IFR后,EVA/IFR复合材料的热降解推迟,残炭量增加;SEM分析表明,EVA/IFR在燃烧后能形成致密且蓬松的炭层,起到良好的阻燃效果,而EVA/CNCH-DA燃烧后,形成众多不致密的微球。

三嗪类大分子成炭剂的合成及其在聚丙烯中应用

以三聚氯氰、乙醇胺和乙二胺为原料,通过分子设计合成新型三嗪类大分子成炭剂(TBM),并将其与聚磷酸铵(APP)复配,用于阻燃聚丙烯(PP)。研究了APP/TBM的质量比对PP阻燃性能、热稳定性能和耐水性能的影响。结果表明,APP/TBM对PP具有良好的阻燃作用。当APP和TBM的总质量分数为25%、质量比为2∶1时,PP/APP/TBM的极限氧指数达到32.5%,且达到UL-94 V-0级;同时,经耐水测试后仍能达到UL-94 V-0级。

新型三嗪类氮-硅成炭剂的合成及其热稳定性

以三聚氯氰(1)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(2)为原料,经亲核取代反应合成了一种新型三嗪类氮-硅成炭剂——2-氯-4,6-二(3-三乙氧基硅烷基-1-氨丙基)-1,3,5-三嗪(3),其结构和热性能经1H NMR,IR和TGA表征。考察了溶剂、缚酸剂、原料比和反应温度对3产率的影响。合成3的最佳反应条件为:以丙酮为溶剂,Na2CO3为缚酸剂,1 10 mmol,n(2)∶n(1)=2.4,于50℃反应6 h,产率98.1%。3的初始分解温度为292℃,700℃时成炭率34.5%。

多羟基结构三嗪成炭剂在膨胀阻燃PP中的应用

以二乙醇胺为侧链,三聚氯氰和哌嗪为主链,采用一锅法制备了一种多羟基三嗪成炭剂(CDP),将其与聚磷酸铵(APP)复配成膨胀阻燃剂(IFR)用于阻燃聚丙烯(PP)。采用垂直燃烧、极限氧指数、热失重分析等手段研究了阻燃PP的阻燃性能和热稳定性,并用扫描电子显微镜(SEM)对炭层形貌进行了研究。结果表明,APP和CDP具有良好的协同阻燃效果,当APP与CDP质量比为2∶1时,协同阻燃效果最优,仅添加20%IFR,即可使PP达到UL94V–0级别,LOI为29.5%。热失重分析表明该复合材料在800℃具有最高的残炭量,SEM也显示形成了连续致密的炭层。

三嗪类成炭剂的制备及其阻燃聚丙烯的研究

以三聚氯氰和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料制备了具有三嗪环与苯环交替结构主链的新型三嗪类成炭剂(CA-ODA),并将其与聚磷酸铵(APP)复配,用于阻燃聚丙烯(PP)。采用热失重分析方法和锥形量热仪研究了不同质量配比的APP/CA-ODA阻燃体系对PP热稳定性和阻燃性能的影响。结果表明,CA-ODA自身具有良好的热稳定性和成炭性能,三嗪环和苯环交替结构能够促进PP成炭,从而有效地提高了PP的阻燃性能。当APP/CA-ODA体系总添加量为25%,二者质量比为2/1时,PP复合材料的热释放速率峰值由1046kW/m2降低至334kW/m2,并且残炭量高达41.5%。

含三嗪环的酸酐固化剂合成及其环氧固化物性能研究

将桐油(TO)经过三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)改性处理后再引入顺丁烯二酸酐(MA),得到新型含有三嗪环的酸酐固化剂(TTA)。通过红外光谱分析确定了其结构,用TGA分析结果表明,其与E44环氧树脂的固化物耐热指数达到174.5℃,在空气气氛中的热老化性能优于用THEIC和双马来酰亚胺改性的桐油酸酐固化剂的环氧固化物。

含三嗪结构环氧组成物的研究

合成了一种新型环氧树脂固化剂———三 ( 2 羟乙基 )异氰尿酸酯 (THEIC) ,改性桐油酸酐 (TTOA) ,通过IR光谱确认了其结构及其环氧固化物的结构。结果表明 ,三嗪环结构被成功引入环氧组成物中 。

交联三嗪类聚合物的制备及其成炭性研究

通过异氰尿酸三缩水甘油酯与三聚氰胺的本体熔融聚合反应,合成了一种交联结构的三嗪类聚合物成炭剂,它显示出良好的热稳定性和耐水性,其制备过程不需溶剂,简单易行,且无有害物质排放.这种新型交联聚合物与聚磷酸铵复配(质量比1:5)而组成的膨胀型阻燃剂,应用于聚丙烯阻燃.当膨胀阻燃剂用量为阻燃聚丙烯的32%时,燃烧测试分析表明,所获得的炭层展现出致密连续的结构,其阻燃氧指数达到32,垂直燃烧FV-0,热释放速率峰值为486kJ/m2,比纯PP降低了47.5%,而有焰燃烧时间为714s,比纯聚丙烯增加54.9%.

农膜用新型蓝光转光剂2-戊烯-4,6-二((1-苯基)-1,3-丁二烯基)-1,3,5-均三嗪的合成及表征

用乙腈、乙醇、苯、肉桂醛、正丁醛等合成了新的化合物2-戊烯-4,6-二((1-苯基)-1,3-丁二烯基)-1,3,5-均三嗪,并通过IR和H NMR确定了该化合物的组成结构,其荧光光谱图表明:在328 nm的紫外光激发下,此化合物在425nm处能发出很好的蓝光,恰好是有吸收、转化光能作用的叶绿素a的主要吸收峰之一,此化合物有望成为一种新的蓝光光转换剂添加到聚乙烯中应用到农膜上,从而很好的利用光能。