竹基多孔碳材料的制备及其协同阻燃环氧树脂研究

以KOH为致孔剂,制备了竹基微孔多孔碳材料（PCM）;将PCM与聚磷酸铵（APP）添加于环氧树脂（EP）,研究了PCM协同APP阻燃EP复合材料的作用及机理.BET吸附、扫描电子显微镜（SEM）及X射线光电子能谱（XPS）分析显示,PCM6的比表面积、孔容、孔径分别为2063 m2/g、0.9 cm2/g、1.8 nm;粒径为1~5μm;表面存在C—C,C—O—,C O及COO—等活性基团.极限氧指数（LOI）、UL 94垂直燃烧及锥形量热仪（Cone）研究表明,0.8 wt%的PCM6与3.1 wt%的APP复合可使EP复合材料的LOI由24.6%提高到27.3%,热释放速率峰值降低45.4%,PCM6表现出良好的协同阻燃作用.热失重分析及XPS研究表明,PCM6提高了阻燃EP复合材料的热稳定性,催化APP释放NH3、H2O,加快了交联成炭的速度及热解产物焦磷酸（酯）的形成,由此揭示了PCM协同APP阻燃EP的作用机理.

碳材料表面特性及形貌对阻燃环氧树脂燃烧和热解行为的影响

将制备的4种植物基多孔碳,甘蔗渣炭(SBC)、竹叶炭(BLC)、稻壳炭(RHC)及竹茎炭(BSC),以及购置的椰壳炭(CSC)、果壳炭(NSC)、碳纳米管(CNTs)及可膨胀石墨(EG)分别与聚磷酸铵(APP)复合用于阻燃环氧树脂(EP),研究了碳材料比表面积、表面活性及微观形貌对APP阻燃EP燃烧和热解行为的影响.物理吸附仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜研究指出,颗粒状竹茎多孔碳(BSC)的比表面积(2063m2/g)及表面活性基团C—O—、C≡O及COO—的比例显著大于其他碳材料;各种碳材料均以微米级尺度分布于阻燃EP基体.氧指数(LOI)、UL 94垂直燃烧及锥形量热仪研究表明,0.8 wt%BSC或CNTs与3.1 wt%APP协同阻燃EP的LOI分别由EP的24.6%提高到27.3%和27.6%,UL 94均为V-1级,峰值热释放速率分别比EP/APP降低了27%和28%.碳材料的协同阻燃效果主要取决于微观形貌;对于颗粒状多孔碳,其比表面积、O/C比及表面活性基团比例越大,协同阻燃效果越好.热失重分析、共聚焦拉曼光谱及XPS研究证实,碳材料提高了EP/APP复合材料的初始分解温度和残炭量;大的比表面及表面活性,以及管状形貌能够提高环氧树脂复合材料高温残炭量、促进残炭类石墨化转变、改善残炭耐高温氧化性能.