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)，家庭火災造成78%全部火災的死亡人數(shù)，減少家庭火災的風險可能是未來減少火災事件和火災死亡的最佳方向。硼和氮化合物可能比鹵素化學品更環(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，導致聚合物材料的阻燃性降低。

　　中國科技大學QiuShuilai團隊和香港城市大學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、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ChenWenhua等通過表面接枝反應制備了一種結(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，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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