網站導航
環氧樹脂新型阻燃劑的設計策略與機理（三）
4、生物基阻燃劑
常用EP生物基阻燃劑包括木質素、植酸(PA)、殼聚糖(CS)、香草醛、丁香酚等”。依據膨脹型阻燃機理,此類碳基生物材料可用作***酸源或碳源。Huang等通過PA與哌嗪在乙醇中的反應,可行地合成了一種生物基含氮磷阻燃劑植酸哌嗪(PIPT)。含有質量分數15%PIPT的EP復合材料阻燃等級達到UL 94V-0級,LOI達到35.5%。pHRR和TSP分別比純EP減少了51.4%和44.9%。利用生物基阻燃劑用作碳源時,因其獨特獲取來源具有成本低、環境友好等優點,因而受到研究者的關注。在生物基阻燃劑研究中,木質素、CS、香草醛、丁香酚基阻燃劑在改善EP力學性能方面有新進展。
4.1木質素阻燃劑
木質素是一種含有豐富的芳環結構、脂肪基和羥基的三維網狀結構高分子。木質素與氮磷阻燃劑復配或摻入金屬銅、硅后阻燃效果協同明顯,減少了阻燃劑的使用量。
尚欣宇等叨將木質素與P***按質量比1:1復配,阻燃后EP的pHRR和TSP分別降低了60.11%和22.25%。殘炭分析表明殘炭層表面變得均勻且致密,證明木質素和P***復合膨脹型阻燃劑具有良好的阻燃效果,但EP阻燃材料的彎曲強度與沖擊強度均有下降,影響了該類阻燃劑的工業應用。
添加支化分子與EP分子纏結可有效抑制分子鏈運動，EP力學性能得到改進。Liu等將木質素與三聚氰胺和氨基三甲基磷酸組裝在一起,構建了一種新型阻燃劑(LMA)。由于LMA中富含羥基,促進EP-LMA的固化過程,增加了EP的交聯密度,因而LMA與EP的界面強度較好。加入質量分數為7%的LMA時,EP-LMA體系的拉伸強度、沖擊強度和拉伸彈性模量均獲得***改善。拉伸強度和拉伸彈性模量分別達到47.21MPa與2312MPa,分別提高了17.9%和25.7%。
4.2香草醛阻燃劑
香草醛是一種由木質素降解得到的無毒、可再生產物，同時具有羥基和醛基官能團,具有極強的結構可調控性,在平衡力學性能和阻燃性能上效果較好。Sun等以香草醛為起始原料,合成了一種基于2-氨基嘧啶的生物基阻燃劑(VAD),質量分數為12.5%的VAD可使EP阻燃等級達到V-0級,其LOI值增加到32.3%。拉伸強度、彎曲強度分別比原始EP高6.5%,14.9%,達到93.8MPa和132.9MPa。Gnanas-ekar等采用香蘭素、1,6-己二胺和環氧氯丙烷制備出一種含有剛性希夫堿與柔性烷烴鏈段的香蘭素基EP(VH-HDA-EP),其LOI值高達38.5%,并成功通過UL 94V-0等級測試。THR,TSR和pHRR分別降低了45.1%,73.4%及36.2%。殘炭分析結果顯示,VH-HDA-EP中的香蘭素中剛性希夫堿與柔性烷烴鏈段的協同作用有助于形成連續致密的殘炭層。
向含有香蘭素的EP中添加纖維素、石墨烯等增韌物質可以進一步提高EP的力學性能。Adil等利用壓縮工藝將**度纖維素長絲(CLF)與香蘭素衍生EP(VDE)相結合,使阻燃等級達到V-0級,在具有優異的防火能力的同時,相較于純的VDE樹脂,復合材料的彎曲強度及彎曲彈性模量分別提高了100.9%和346%,達到了阻燃性能與力學性能同時提高的效果。Gnanasekar等采用二芐基N,N-二乙基磷酰胺(DDP)合成了含磷和氮的非共價官能化氧化石墨烯(FGO),將其分散在香蘭素基EP中,含有質量分數9%FGO的香蘭素EP的LOI值為29.1%,通過了UL 94V-0等級測試,阻燃性能顯著提高。
4.3CS阻燃劑
CS是含氮量豐富的多糖,具有***、可再生、價格低廉的特點。CS羥基含量與碳鏈結構可以促進燃燒中炭層的形成,是一種有效的增碳劑。另外,其在熱降解過程中具備釋放惰性氣體的能力,被視作是一種單組分膨脹型阻燃劑。在EP中CS的應用在近幾年的文獻中開始逐步出現,一般通過對CS改性處理或者搭配金屬阻燃劑共同使用。Kong等使用磷酸化CS(PCTS)修飾蒙脫石插層鐵化合物(Fe-OMt),結果表明,與未磷酸化的CS相比,添加質量分數3%的PCTS-Fe-OMt可使EP的pHRR和TSP分別下降21.5%和17.1%。
4.4丁香酚阻燃劑
丁香酚可以和常見的磷系、硅系阻燃劑產生協同的作用。磷硅元素協同促進了穩定炭層的形成,有效提高了阻燃性能,所需的阻燃劑含量有所下降。
Liu等合成了一種新型丁香酚基磷腈型環氧單體(EHEP),EHEP-EP體系具有更高的拉伸強度,從純EP的56.7MPa增加到64.2MPa。Li等將丁香酚與DOPO進行加成反應得到產物ED。在EP中加入質量分數7%ED后，LOI為31.3%,阻燃等級達到V-0級,30℃儲能模量達到2877MPa,與純EP相比,力學性能和阻燃性能得到了***改進。ED可進一步與二氯二苯基硅烷產生醚化反應合成阻燃劑DPSi-ED,添加質量分數5%的DPSi-ED后,LOI為33.3%,阻燃等級達到V-0級,30℃儲能模量達到2669MPa。以磷硅協同為例,Chen等“合成了一種含磷和硅基團的丁香酚基阻燃劑(EGN-Si/P),在EP體系中加入質量分數0.5%的EGN-Si/P后LOI值為29.2%,通過UL 94V-0等級測試,其拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度較純EP均有較大提升。
（未完待續）
來源：工程塑料應用，上海第二工業大學，能源與材料學院，上海材料研究所有限公司，上海市工程材料應用與評價重點實驗室，邁愛德編輯整理
公司信息
訪問官網
我要咨詢
每日熱詞
