聚合物阻燃領(lǐng)域研究突破_不滿足于磷系等單一元素阻燃劑

　　聚合物逐漸替代了日常生活中的許多材料，在某些性能上，這些材料有著不可替代的優(yōu)勢。聚合物的燃燒經(jīng)常伴隨著有毒煙氣的釋放，因此開發(fā)安全環(huán)保的阻燃聚合物材料勢在必行。

　　阻燃劑可分為鹵素阻燃劑、硅系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑以及無機阻燃劑等。而單一元素作為阻燃劑越來越不能滿足需求，開發(fā)多種元素協(xié)同阻燃受到廣泛關(guān)注。以下總結(jié)了聚合物協(xié)同阻燃2017年以來的研究進展。

　　新型硼氮膨脹型阻燃劑

　　國家消防局近期統(tǒng)計數(shù)據(jù)，家庭火災(zāi)造成78%全部火災(zāi)的死亡人數(shù)，減少家庭火災(zāi)的風(fēng)險可能是未來減少火災(zāi)事件和火災(zāi)死亡的最佳方向。硼和氮化合物可能比鹵素化學(xué)品更環(huán)保，因為它們在燃燒過程中產(chǎn)生環(huán)境安全副產(chǎn)品。

　　中國科技大學(xué)的ShukYingChan教授設(shè)計、合成了一系列硼-氮聚合物（PEIPAs）（研究成果發(fā)表在Cellulose上）。分析表明，該聚合物的涂層織物的可燃揮發(fā)物有顯著的降低。添加30wt%阻燃劑的織物，新型耐水洗涂層在重復(fù)洗滌前后的LOI值分別為29.6%和23.2%。這種新型涂層，易于合成，易于使用，低浪費，為纖維素產(chǎn)品替代有毒鹵素阻燃劑提供一種選擇。

　　新型硼氮膨脹型阻燃劑的合成表征及阻燃機理示意圖

　　新型多功能有機-無機混合阻燃劑

　　環(huán)氧樹脂（EP）是一種性能優(yōu)越的熱固性聚合物，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但其在燃燒過程中耐火性差和產(chǎn)生大量煙霧的特性極大地限制了在電氣、電子設(shè)備中的應(yīng)用。近年來，不同的含聚磷酸銨（APP）的填充劑被用來提高EP的阻燃性能，但是APP不僅會弱化機械性能、與聚合物相容性較差，還對濕度十分敏感，使用期間容易吸收和滲出水，導(dǎo)致聚合物材料的阻燃性降低。

　　中國科技大學(xué)QiuShuilai團隊和香港城市大學(xué)合作合成了一種新型多功能有機-無機雜化、含三聚氰胺的聚磷酸銨多磷酸銨(PZMA@APP)（研究成果發(fā)表在Journalofhazardousmaterials上），在EP復(fù)合材料中表現(xiàn)出高阻燃效率和對煙氣抑制作用。添加10.0wt％的PZMA@APP的樣品通過UL-94V-0評級，可顯著降低EP的火災(zāi)危險（峰值放熱率最大降低75.6％，總放熱量最大減少65.9％，同時煙氣產(chǎn)生率較低）。

　　新型多功能有機-無機混合阻燃劑的合成及其阻燃性能

　　新型含磷-氮籠型倍半硅氧烷阻燃劑

　　PBT是一種典型的工程塑料，尤其用于電子和電子工業(yè)。采用無阻燃處理的PBT樹脂制備的絕緣外殼，易受電火花、短路及其它泄漏事故的影響。

　　合肥大學(xué)ZhuSan-E等合成了一種含磷和氮的新型功能化籠型倍半硅氧烷(F-POSS)阻燃劑（研究成果發(fā)表在RSCAdvances上）。測試表明，PBT/F-POSS的熱釋放率峰值（PHRR）、煙霧產(chǎn)生率峰值（PSPR）、二氧化碳產(chǎn)生量峰值（PCO2P）和一氧化碳產(chǎn)量峰值（PCOP）分別比純PBT降低50%、46%、45%和35%，可以減少火災(zāi)、煙霧和毒性。

　　新型含磷-氮籠型倍半硅氧烷阻燃劑的合成路線圖

　　磷-氮膨脹型阻燃劑

　　硬質(zhì)聚氨酯泡沫(RPUF)廣泛應(yīng)用于汽車、交通、儲能和電磁干擾屏蔽領(lǐng)域。但其可燃性限制了進一步應(yīng)用。在新型聚合物泡沫材料的開發(fā)中，提高RPUF的阻燃性能一直是一個重要的課題。

　　中北大學(xué)WangChao等合成了一種磷-氮的膨脹型阻燃劑DPPM，并制備了阻燃型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料(RPUFs)，命名為DPPM-RPUF（研究成果發(fā)表在PolymersforAdvancedTechnologies上）。DPPM-RPUF的LOI可以達到29.5%，并且在DPPM的含量為25php的情況下達到了UL-94V-0的等級。此外，DPPM-RPUF表現(xiàn)出優(yōu)異的耐水性能，在浸水后仍可達到V-0級。

　　磷-氮膨脹型阻燃劑的合成路線

　　石墨烯基雜化阻燃劑

　　石墨烯是一種具有優(yōu)異屏障性能的二維碳材料，將其引入到聚合物材料中，可以減少在燃燒過程中可燃氣體的熱釋放并抑制其轉(zhuǎn)移。

　　四川大學(xué)ChenWenhua等通過表面接枝反應(yīng)制備了一種結(jié)合氧化石墨烯（GO）與長鏈磷雜菲的新型雜化阻燃劑（研究成果發(fā)表在ScientificReports上）。氧化石墨烯的加入有利于雙重屏障效應(yīng)，大大降低了樹脂分解揮發(fā)物的釋放速率，并最大限度地減少了釋放的氧氣和燃燒熱量。作為石墨烯的潛在應(yīng)用，雜化阻燃劑未來十分有前景。

　　石墨烯基雜化阻燃劑的合成路線及阻燃機理示意圖

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