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。

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。

聚磷酸铵和三嗪成炭剂复合聚丙烯在水煮条件下的阻燃和力学性能

将乙二胺代三嗪成炭剂(ETCA)与聚磷酸铵(APP)复配,制备了两种不同质量分数的双组分膨胀型阻燃剂(IFR)阻燃的聚丙烯(PP)材料,分别为23%IFR/PP、27%IFR/PP。通过极限氧指数仪、UL94垂直燃烧仪、锥形量热仪、电子万能试验机和冲击试验机等分别研究了80℃热水处理7 d前后的阻燃聚丙烯复合材料的燃烧性能与力学性能。结果表明,复配膨胀型阻燃剂的加入使PP材料的阻燃性能提高,但力学性能下降;两组双组分阻燃试样23%IFR/PP、27%IFR/PP在80℃热水处理3 d能保持UL94 V-0级别,LOI分别达27.7%和29.0%,3 d之后阻燃级别降为无级别,但是7 d之后LOI值仍能达25.3%和27.0%;水煮之后,相比于未水煮阻燃试样,23%IFR/PP、27%IFR/PP的拉伸强度下降,但冲击强度增加。

一种超支化三嗪成炭剂对聚丙烯阻燃性能的影响

一种新型超支化三嗪成炭剂(HCT)与多聚磷酸铵(APP)复配成膨胀型阻燃剂(IFR),与聚丙烯(PP)熔融共混制备阻燃PP复合材料,采用垂直燃烧实验、红外光谱、扫描电镜对其阻燃性能和阻燃机理进行了研究。结果表明,当IFR加量为25%、APP∶HCT质量比为3∶1时,阻燃性能达到UL94 V-0级,并表现出较好的耐水性能。其阻燃机理是APP受热分解成HPO_3,HPO_3分子与三嗪环上的氨基发生脱水交联形成P—N、P—C交联的致密炭层。

哌嗪基超支化和线型三嗪成炭剂的性能比较

通过热重分析、阻燃性能及力学性能测试,比较了哌嗪基超支化和线型三嗪成炭剂的性能。结果表明:与线型三嗪成炭剂相比,哌嗪基超支化三嗪成炭剂的热稳定性、对聚丙烯(PP)协效阻燃作用较好,抑制PP热裂解、燃烧火焰传播及火灾强度的协效能力均较好。超支化三嗪成炭剂的末端哌嗪单元可以与聚磷酸铵(APP)发生阳离子交换,形成了具有交联结构的改性APP,提高了其与PP的相容性,使得其阻燃PP的耐水性和力学性能明显好于线型三嗪成炭剂。

丁胺封端三嗪成炭剂对聚丙烯的阻燃作用

通过极限氧指数(LOI)测定,垂直燃烧试验和锥形量热分析研究了丁胺封端三嗪成炭剂(成炭剂-2)对聚丙烯(PP)的阻燃作用,并与未封端的三嗪成炭剂(成炭剂-1)进行了比较。结果表明,由成炭剂-1和成炭剂-2与聚磷酸铵(APP)复配而成的膨胀型阻燃剂(分别简称IFR-1和IFR-2)对PP均具有良好的阻燃作用。垂直燃烧试验和LOI测定表明,IFR-1和IFR-2的阻燃作用无明显差异;而锥形量热试验表明,IFR-2的阻燃作用好于IFR-1。锥形量热试验残余物分析表明,APP受热分解形成的聚偏磷酸促使成炭剂脱水炭化,并在APP、成炭剂和PP分解过程中产生的惰性气体作用下膨胀发泡,形成致密的膨胀性炭层。该膨胀性炭层通过隔热、隔氧和阻止裂解物挥发而产生阻燃作用。丁胺封端有效地降低了成炭剂的氯含量,并显著改善了其热稳定性,这使成炭剂更能满足阻燃材料无卤的要求,并有利于改善塑料加工的环境和防止加工设备的腐蚀。

侧链单体对哌嗪基三嗪成炭剂的合成及性能的影响

研究了侧链单体对哌嗪基三嗪成炭剂的合成及性能的影响。结果表明,侧链单体对哌嗪基三嗪成炭剂合成的影响较大。侧链单体的亲水性愈强,成炭剂的水溶性就愈大,产率愈小。芳胺的亲核性弱,以致其成炭剂的氯含量较高,产率偏低。侧链单体对成炭剂的热稳定性和阻燃作用也有显著的影响。以乙醇胺为侧链单体的成炭剂的热稳定性最好,其次是以吗啉或苯胺为侧链单体的成炭剂,再次是以丁胺为侧链单体的成炭剂,以二乙醇胺为侧链单体的成炭剂的热稳定性较差,以氨为侧链单体的成炭剂的热稳定性最差。侧链单体含羟基愈多,相应的成炭剂的阻燃作用愈好,不含羟基的侧链单体,相应成炭剂的阻燃作用较差,以氨为侧链单体的成炭剂的阻燃作用最差。侧链单体对阻燃聚丙烯力学性能的影响不大。

哌嗪基和乙二胺基三嗪成炭剂合成及性能比较

通过合成产率及阻燃性能测试对哌嗪基和乙二胺基三嗪成炭剂的合成及性能进行了比较研究。结果表明:和哌嗪基成炭剂相比,乙二胺基成炭剂的水溶性较大,氯质量分数较高,产率较低;哌嗪基成炭剂的热稳定性和阻燃效果好于乙二胺基成炭剂的。当哌嗪基成炭剂与聚磷酸铵(APP)复配的膨胀型阻燃剂质量分数为28%时,聚丙烯(PP)的阻燃级别可通过V-0级;而乙二胺基成炭剂与APP复配的膨胀型阻燃剂质量分数为28%时,阻燃PP燃烧过程中有滴落,其阻燃级别仅达到V-1级。

二乙基次膦酸铝与三嗪成炭剂协同阻燃PBT的研究

采用二乙基次磷酸铝(AlPi)复配超支化三嗪大分子成炭剂(EA)对聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)进行无卤阻燃改性。通过氧指数、UL-94垂直燃烧及锥形量热测试研究了阻燃体系的阻燃性能,通过热失重分析(TGA)研究了复配阻燃体系的热性能,采用扫描电镜(SEM)观察阻燃体系燃烧炭层的形貌。研究表明,AlPi与EA复配比例为7∶3时阻燃效果最好,材料氧指数达到34.6%,通过UL-94V-0级,热释放速率峰值(PHRR)降低至653kW/m2;热重分析表明,复配阻燃体系的加入促进了PBT的提前分解成炭,增加了阻燃PBT的残炭量;燃烧炭层扫描电镜说明,复配阻燃体系能形成连续致密的膨胀炭层,提高阻燃效果。

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。

二元胺对超支化三嗪成炭剂合成及性能的影响

研究了5种二元胺对超支化三嗪成炭剂合成及性能的影响。结果表明:5种二元胺对超支化三嗪成炭剂合成的影响较小,但对其性能影响较大。哌嗪取代的成炭剂的热稳定性和成炭性能最好,而己二胺取代的成炭剂最差;哌嗪取代的成炭剂与聚磷酸铵(APP)对聚丙烯(PP)的协效阻燃作用最好,对火焰传播及火灾强度的抑制能力最强。

不同取代结构的三嗪成炭剂在聚乳酸材料中燃烧性能的研究

以乙醇胺、二乙醇胺、吗啡啉为侧基分别取代三聚氯氰制备出三种不同侧链结构的三嗪成炭剂CFA-e、CFA-d、CFA-m,将其和次磷酸铝(AHP)按照质量比1∶2复配成无卤阻燃剂,通过氧指数仪、燃烧级数测定仪、锥形量热仪、热重-红外联用仪研究不同结构的三嗪成炭剂在聚乳酸(PLA)材料中的阻燃和燃烧性能,揭示结构与性能的关联。结果表明:在阻燃剂添加质量分数为20%时,CFA-e与AHP表现出更好的协效阻燃,阻燃PLA材料的极限氧指数达到29%,通过UL 94 V-0(1.6 mm),材料在凝聚相中的成炭性提高,热释放速率和总热释放量分别降低32.61%和14.23%,气相中释放出的碳氢化合物减少,显著降低材料的火灾危害性。

三嗪成炭剂与二乙基次膦酸铝协同阻燃尼龙6的研究

将二乙基次膦酸铝（ADP）与一种新型超支化三嗪成炭剂（EA）复配添加到尼龙6材料中，探究二者之间的协同作用及其对尼龙6阻燃性能的影响。通过极限氧指数测试仪、水平垂直燃烧仪、锥形量热仪和热失重分析仪来测试复合材料的阻燃性能和热性能。当阻燃剂的总添加量为16％，两种阻燃剂的质量比为3：7时，三嗪成炭剂和二乙基次膦酸铝复配阻燃尼龙6体系的极限氧指数（LOI）达到31．3％，高于单独添加单一阻燃剂的材料的极限氧指数值。三嗪成炭剂的添加延后了体系最大热释放速率峰值出现的时间，且促进体系形成了更加厚实和致密的残炭。结果表明，二乙基次膦酸铝与三嗪成炭剂之间有着明显的协同作用，在材料燃烧的过程中，两种阻燃剂之间能够产生相互作用，促进了体系凝聚相阻燃的作用。

三嗪成炭剂与二乙基次膦酸铝协同阻燃尼龙6的研究

将二乙基次膦酸铝（AOP）与一种新型超支化三嗪成炭剂（EA）复配添加到尼龙6材料中，探究二者之间的协同作用及其对尼龙6阻燃性能的影响。通过极限氧指数测试仪、水平垂直燃烧仪、锥形量热仪和热失重分析仪来测试复合材料的阻燃性能和热性能。当阻燃剂的总添加量为16％，两种阻燃剂的质量比为3：78时，三嗪成炭剂和二乙基次膦酸铝复配阻燃尼龙6体系的极限氧指数（LOI）达到31．3％，高于单独添加单一阻燃剂的材料的极限氧指数值。三嗪成炭剂的添加延后了体系最大热释放速率峰值出现的时间，且促进体系形成了更加厚实和致密的残炭。结果表明，二乙基次膦酸铝与三嗪成炭剂之间有着明显的协同作用，在材料燃烧的过程中，两种阻燃剂之间能够产生相互作用，促进了体系凝聚相阻燃的作用。

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。

氮-磷膨胀阻燃剂的改进及应用

为了降低聚苯乙烯(PS)的热危害,对传统氮-磷膨胀阻燃体系聚磷酸铵(APP)/双季戊四醇(DPER)进行了改进,制备三聚氰胺甲醛树脂包覆聚磷酸铵(MFAPP)/三聚氰胺甲醛树脂包覆双季戊四醇(MFDPER)、硅烷改性APP/MFDPER、硅烷改性APP/三嗪成炭剂(CFA)三组不同膨胀阻燃剂(IFR),与PS熔融共混后通过极限氧指数、锥形量热仪进行燃烧性能研究,并利用扫描电子显微镜分析残炭形貌。结果表明硅烷改性APP能有效提高PS的阻燃性,CFA能有效提高PS燃烧的成炭量。

PP/IFR/水滑石阻燃复合材料的研究

通过极限氧指数(LOI)测定、垂直燃烧试验和锥型量热分析,研究了结晶性聚磷酸铵(APP)和三嗪成炭剂组成的膨胀型阻燃剂(IFR)对聚丙烯(PP)的阻燃作用,并考察了复合水滑石和对IFR的表面处理对阻燃PP的阻燃性能、热稳定性和力学性能的影响。结果表明:该IFR对PP具有良好的阻燃作用,当APP与三嗪成炭的质量比为3∶1,IFR质量分数为20%时,阻燃PP的LOI就达28.0%,阻燃等级达V-0,复合少量水滑石并对IFR进行表面处理不影响复合材料阻燃性能,但改善了阻燃PP的热稳定性和力学性能。