生态环境高分子的研究进展

生态环境高分子是指全生命周期内低环境负荷甚至没有环境负荷的一类环保高分子.作为响应自然呼唤的高分子,生态环境高分子诞生于20世纪90年代高分子工业飞速发展的年代,目前已经成为高分子科学的前沿研究方向.我国学者以可再生资源的单体为核心(但不限于该类单体),从催化剂设计、可控聚合方法、聚合物性能调控、聚合物功能化、物理表征和加工方法等方面取得了一系列重要的创新成果,有力推动了世界范围内该研究领域的发展.本综述以聚乳酸等8类典型生态环境高分子为例,总结和评述了最近30年我国学者在生态环境高分子领域的基础研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望.

基于次磷酸铝的聚丙烯木塑复合材料的阻燃改性研究

本研究以次磷酸铝(AP)为阻燃剂,探讨了其对聚丙烯/木粉复合材料(WPC)的阻燃性能的影响,并阐明了相关的阻燃机理。实验结果证明,当AP的添加量为30 wt%时,可以使木粉含量为30 wt%的WPC通过垂直燃烧V-0级,氧指数达到25. 0%。锥形量热测试结果表明:AP的加入能够有效抑制复合材料的燃烧,30wt%AP的加入能够使木粉含量为30 wt%的WPC的热释放峰值(PHRR)降低至240 k W/m^2,与不含阻燃剂的WPC相比降低了50%;燃烧后所得的残炭的质量高达45. 2%。扫描电子显微镜(SEM),热重-红外联用(TGFTIR)和X射线光电子能谱结果表明:添加AP后,燃烧过程中WPC/AP的气相产物中会有水、二氧化碳及含PO_2-结构的物质等生成,从而赋予WPC/AP气相阻燃作用;此外,WPC/AP在燃烧中能够热解生成内外结构不同的炭层,内部炭层主要为含铝为主的交联稳定炭层,而外部炭层主要含有交联P-O-C结构等,因此,AP能够同时通过气相和凝聚相的双重作用实现WPC的高效阻燃。

基于次磷酸铝的高抗冲聚乳酸材料的阻燃改性

针对高抗冲聚乳酸材料阻燃性差的缺点,文中以次磷酸铝(AP)为阻燃剂,研究了其对聚乳酸、聚碳酸酯、抗冲改性剂和增容剂构成的高抗冲材料PLA-PC/ADR/BPM的阻燃性能、燃烧性能和热分解行为的影响。结果表明,AP有效改善了PLA-PC/ADR/BPM的阻燃性能。当AP为19 phr时,PLA-PC/ADR/BPM通过样品厚度为3.2 mm时的垂直燃烧V-0级,氧指数达29.5%。同时,锥形量热测试结果显示,19 phr的AP使PLA-PC/ADR/BPM材料燃烧过程中热释放速率峰值、总烟释放、总热释放均出现明显下降,而高温700℃的残余物质量显著上升。热分析结果证明,PLA-PC/ADR/BPM中引入AP后,材料的热分解行为在410～550℃范围内产生显著变化,AP使得材料高温热稳定性明显提高。结合燃烧测试和热分析测试结果证明,AP可有效改善高抗冲聚乳酸PLA-PC/ADR/BPM的阻燃性能,且燃烧过程中固相阻燃作用明显。

苯酰亚胺结构对PET阻燃抗熔滴及抑烟的贡献

通过本体聚合方法合成了一系列侧链含苯酰亚胺结构的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)共聚酯.研究发现,苯酰亚胺单元的引入不仅提高了共聚酯的玻璃化转变温度(T_g)和高温成炭性,并且大大降低了共聚酯高温下的热分解速率.随着苯酰亚胺含量的增加,共聚酯表现出更高的氧指数(LOI)值和更好的阻燃抗熔滴效果.锥形量热测试结果表明,苯酰亚胺结构的引入可以有效地降低共聚酯的峰值热释放速率(p-HRR)、峰值烟释放速率(p-RSR)和总烟释放量(TSR).通过对纯PET和共聚酯燃烧测试后残炭的结构和形貌分析,发现苯酰亚胺结构有助于共聚酯形成石墨化程度更高的致密炭层,这些炭层起到隔热隔氧和抑制有机可燃烟气挥发的作用,在不引入传统阻燃剂的情况下,赋予共聚酯很好的本征阻燃性及抑烟性.

耐高温杂化阻燃剂/改性红磷阻燃半芳香尼龙的研究

将自制的耐高温勃姆石@苯基次膦酸铝杂化阻燃剂(BM@Al-PPi)与市售改性红磷(MRP)复配制得一种可用于半芳香尼龙PA6T/DT(HTN)的耐高温高效阻燃体系.保持阻燃剂15 wt%的总添加量不变时,MRP的添加量仅为5 wt%即可赋予HTN垂直燃烧V-0级别,极限氧指数为29.8%.锥形量热测试及其燃烧残余物研究表明,MRP阻燃HTN材料以气相阻燃作用为主,抑制热释放效果不佳且烟释放明显增加;而BM@Al-PPi的凝聚相交联成炭作用可同时抑制热释放与烟释放.结合裂解气相色谱质谱联用(Py-GC-MS)分析,给出了HTN/BM@Al-PPi/MRP体系的阻燃机理.BM@Al-PPi与MRP结合使得残炭质量显著提高,同时兼具气相作用,达到了较好的阻燃效果.