科技前沿

聚磷酸铵(简称APP)是近年来迅速发展起来的一种最重要的磷系无机阻燃剂,是膨胀型阻燃剂(IFR)的主要成分之一,膨胀型阻燃剂由碳源、酸源及气源组成,其活性成分为磷和氮。它与含卤阻燃剂不同,不需与氧化锑并用。含膨胀型阻燃剂的高聚物燃烧时,表面能形成一层膨胀炭层,此炭层阻燃、隔热、隔绝空气,烟雾少,也不易形成有毒和腐蚀性气体,并且无熔滴现象,因此APP符合当今阻燃剂无卤环保化的发展趋势,已成为阻燃剂开发的一个热点领域。 我国自上世纪80年代开始研制APP产品,但一直处于规模小、水平低的状况,生产的大都是水溶性和低聚合度的产     

成炭型有机大分子/层状无机物复合成炭剂的制备及应用研究

层状无机物在聚合物基体中易团聚,限制了其在聚合物材料中的规模化应用。本工作通过将有机改性蒙脱土(OMMT)与一种具有超支化结构的磷氮大分子化合物HTPPP(以三嗪结构为基础,通过焦磷酸结构连接)在醇水体系中混合溶胀,再经过高温脱水,制备成HTPPP插层、剥离的OMMT成炭型有机大分子/层状无机物复合成炭剂(HTPPP-OMMT)。XRD测试表明层状结构的OMMT能够在HTPPP中被完全剥离。OMMT的复合降低了HTPPP的水溶性,并提高了其热稳定性。将有机/无机复合成炭剂HTPPP-OMMT作为单组分无卤膨胀阻燃剂应用于聚丙烯(PP),阻燃测试表明HTPPP-OMMT复合成炭剂的阻燃效率高于HTPPP。这是由于其在材料燃烧过程中能够催化形成更加致密的膨胀多孔炭层,而炭层在高温下的热氧稳定性更好。此外,有机/无机复合改善了HTPPP-OMMT在PP的相容性,能提高材料的力学和耐析出性能。     

GP/APP膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料阻燃及抑烟性能的影响

为了探究石墨粉 (GP) 与聚磷酸铵 (APP) 膨胀阻燃体系对硅橡胶复合材料的阻燃及抑烟特性的影响，采用锥形量热仪 (CCT)、热重分析仪 (TG) 及极限氧指数测试仪 (LOI) 对阻燃硅橡胶复合材料进行表征。研究结果表明:与单独添加膨胀阻燃剂APP的阻燃硅橡胶相比，添加GP/APP膨胀阻燃体系可有效提升燃烧过程中形成的膨胀碳层的致密度，降低阻燃硅橡胶复合材料的热释放速率及总烟释放量，提高阻燃硅橡胶复合材料高温阶段的热稳定性，提升阻燃硅橡胶复合材料的燃烧成炭率和质量保持率； 使阻燃硅橡胶复合材料的氧指数值增大。     

F-ZrP@Co-MOF协效膨胀阻燃聚丙烯性能研究

为提高聚丙烯(PP)热稳定性,改善膨胀阻燃剂(IFR)对其力学性能不利影响,利用六氯环三磷腈、三聚氰胺甲醛树脂对磷酸锆-金属有机骨架杂化材料(Zr P@Co-MOF)表面修饰,制备新型纳米阻燃剂F-ZrP@Co-MOF,与聚磷酸铵、双季戊四醇构成IFR/F-ZrP@Co-MOF膨胀阻燃体系。在IFR/F-ZrP@Co-MOF添加质量分数为25%时,考察F-ZrP@Co-MOF对PP燃烧及力学性能等影响。结果表明:未添加F-ZrP@Co-MOF时PP/IFR极限氧指数(LOI)为29.6%,添加量为3.0%时LOI提高了6.08%;添加质量分数为1.0%时800℃的残炭量提高了180.1%;添加量为2.0%时弹性模量为57.21 MPa,比未添加提高了8.3%。拉曼光谱和烟密度测试结果表明添加F-ZrP@Co-MOF炭层更加致密稳定,有利于抑制热量和烟气的传递。     

蛤蜊壳在膨胀型防火涂料中的阻燃和抑烟作用

为提高膨胀型防火涂料的阻燃与抑烟性能,以聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺为膨胀阻燃剂、蛤蜊壳生物填料作为协效剂制备膨胀型防火涂料,通过小室法、模拟大板法、烟密度试验、热重分析(TGA)法、扫描电镜(SEM)和元素分析等,研究蛤蜊壳生物填料的含量对膨胀型防火涂料的阻燃和抑烟性能的影响。结果表明:添加蛤蜊壳生物填料可以有效提高膨胀型防火涂料的阻燃和抑烟性能,表现出较好的协效阻燃和抑烟作用;但过量的生物填料会降低其在膨胀型防火涂料中的协效作用,添加质量分数为2%的蛤蜊壳生物填料表现出最优的协效阻燃和抑烟性能;蛤蜊壳生物填料的加入可以促进膨胀阻燃体系在燃烧过程中形成更多的交联结构以增强炭层的致密性和隔热性能,进而使涂层显现出较高的热稳定性和成炭率,添加质量分数为2%蛤蜊壳生物填料的涂层在800℃下的残炭量高达33.7%。     

含碳纳米管的有机-无机杂化膨胀阻燃剂的合成及其应用

通过在磷酸季戊四醇三聚氰胺盐(PPMS)合成过程中加入碳纳米管(CNT)合成一种新型的有机-无机杂化膨胀阻燃剂(PPMSCNT),并结合傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对其结构和性能进行分析。将所合成的PPMS和PPMS-CNT分别加入环氧树脂中,利用FTIR、TG、锥形量热仪和烟密度试验对其阻燃和抑烟性能进行测试。结果表明,相同添加量下的PPMS-CNT在环氧树脂中阻燃和抑烟效果明显优于PPMS。添加质量分数15%PPMS-CNT时,阻燃环氧树脂的峰值热释放速率、总释放热、峰值生烟速率和总生烟量相比于纯EP分别下降了68.2%、28.8%、66.7%和42.8%。热重分析表明,PPMS-CNT相比于PPMS能更有效地增强环氧树脂的热稳定性和成炭性能,进而表现出较好的阻燃和抑烟效果。炭层分析表明,CNT的加入能促进PPMS在膨胀过程中形成更多的P—O—C交联结构,以有效增强炭层的致密性。研究表明,含碳纳米管的有机-无机杂化膨胀阻燃剂的加入能显著提高环氧树脂的阻燃和抑烟性能。     

采用锥形量热仪(CONE)研究和评价新型可膨胀石墨防火涂料

利用锥形量热仪(CONE)实验获得的热失重速率(MLR)、热释放速率(HRR)、有效燃烧热(EHC)、比消光面积(SEA)、CO2、CO和点燃时间(TTI)等参数对可膨胀石墨防火涂料与传统的膨胀型防火涂料的阻燃性能、烟毒释放、阻燃机理进行了对比研究。结果表明,与传统的膨胀型防火涂料相比,可膨胀石墨防火涂料由于在热降解过程中成炭量较高,炭层具有更好的热稳定性,因而其阻燃和隔热性能更为优良,具有更长的耐燃时间,且烟毒释放少,安全性能更高。     

二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯的性能影响研究

利用锥形量热仪(CONE)、裂解气相色谱仪(PyGC)、示差扫描量热仪(DSC)等先进的分析测试手段，研究了二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯阻燃性能的影响、各阻燃剂之间的协同性以及阻燃机理。实验结果显示，阻燃剂的加入可延缓PE的降解过程，降低材料的热释放速率，降低基材在升温过程中的放热量，使基材具有良好的阻燃性；SiO2的适量加入可改善膨胀碳层的耐热性，当SiO2的添加量为6％时，协同阻燃效果最佳。     

苯丙乳液基膨胀型阻燃涂料的配方研究

为了解苯丙乳液基膨胀型阻燃涂料组分间的关系使其发挥最大作用,用热重分析法探究涂料的阻燃过程;通过受热炭层膨胀高度测试,结合组合法确定各组分的作用,并对基础配方进行优化。结果表明:涂料在受热时,磷酸氢二铵和季戊四醇在110~238℃通过脱氨和水,生成偏磷酸铵与季戊四醇及磷酸与季戊四醇的交联物,并形成炭层;在250~380℃,三聚氰胺分解出气体,使炭层发泡,形成多孔泡沫炭层,达到阻燃的目的;配方中季戊四醇(成炭剂)和磷酸氢二铵(催化剂)构成炭源,三聚氰胺是气源,苯丙乳液是黏结剂;优化后的配方即苯丙乳液:磷酸氢二铵:季戊四醇:三聚氰胺质量比为2.82∶11.04∶6.00∶3.06。     

硅改性木质素成炭剂协同膨胀阻燃聚丙烯制备及性能研究

为提高聚丙烯(PP)的阻燃性能，采用溶胶凝胶法制备膨胀阻燃剂炭源——硅改性木质素(SiO₂@AL)，与聚磷酸铵(APP)、双季戊四醇(DPER)经熔融共混制备膨胀阻燃PP复合材料。通过氧指数、垂直燃烧、热重分析、烟密度测试等考查复合材料的阻燃、热稳定性、抑烟等性能。结果表明：当添加4%SiO₂@AL的PP复合材料UL-94测定达到V-0；而SiO₂@AL与DPER的质量比为1∶3时，氧指数最高为27.6%。SiO₂@AL/IFR/PP具有良好的高温稳定性能，较传统膨胀阻燃PP的热失重速率降低了1.75%,800℃时残留量增加了0.5倍；烟密度测试和残炭SEM分析表明，SiO₂@AL的添加使PP形成了更加稳定的蜂窝状炭层，烟气释放总量呈下降趋势。     

环保型棉纺织品耐久阻燃系统

本文介绍两类环保型棉纺织品耐久阻燃系统，一类是无卤锑系统，另一类是无甲醛或低甲醛系统。前一类包括磷氮系膨胀型阻燃剂、有机磷酸酯及多元醇磷酰氯；后一类包括低甲醛的磷氮系、磷酸酯-膦酸酯齐聚物-低甲醛含量树脂复合系统、烷基氨基磷酸酯-氯化铵加合物、多羧酸酯等。后两者系无甲醛配方。     

硼酸三聚氰胺在膨胀型防火涂料中的协同作用

为研究硼酸三聚氰胺(MB)在膨胀型防火涂料中的阻燃和抑烟作用,采用小室法、隧道法、大板法、锥形量热仪、热重分析(TGA)法、傅里叶红外光谱(FTIR)法和扫描电镜(SEM)研究不同含量的MB对涂料阻燃和抑烟性能的影响。结果表明:添加适量的MB能提高防火涂料的阻燃和抑烟性能,当MB的质量分数为5%时,涂料的协效阻燃和抑烟效果最佳,火焰传播比值为11. 9,炭层膨胀倍数为48. 4; MB能促进涂料在燃烧过程中形成更多的P-O-C、B-O-P和C=C等热稳定性结构以提高涂层的热稳定性和成炭量,并形成致密的蜂窝状骨架结构以增加炭层致密性和膨胀度,达到协效阻燃和抑烟的目的。     

硼酸锌对膨胀阻燃聚甲醛的协效阻燃研究

为进一步提高膨胀型阻燃剂(IFR)对聚甲醛(POM)的阻燃效果,首先将硼酸锌(ZB)与常用IFR(聚磷酸铵-三聚氰胺-季戊四醇)共混制得ZB-IFR复配膨胀阻燃体系的样品,采用熔融共混法制备ZB-IFR/POM复合阻燃材料;然后利用极限氧指数(LOI)测定仪、垂直燃烧(UL-94)测试法、热重分析(TGA)法、扫描电镜(SEM)、锥形量热仪(CONE)及热重-红外(TG-IR)仪等研究ZBIFR对POM的协效阻燃作用。结果表明:当ZB含量为1%时,所得1.0ZB-IFR/POM的LOI可达55%,UL-94等级为V-0级;其受热膨胀后所得残炭量高,炭层结构致密稳定,且在燃烧过程中的热释放速率(HRR)、质量损失及烟气释放量均最小,火灾性能指数(FPI)相对最高;除此,不含ZB的IFR/POM在受热分解过程中比1.0ZB-IFR/POM放出更多的CO2,说明ZB的加入能有效地抑制复合阻燃材料的充分燃烧,显示出良好的协效阻燃作用。     

聚磷菌协同生物炭对水中U(Ⅵ)的去除特性及机理研究

低浓度含铀废水中铀的高效去除是铀矿冶安全生产过程中亟待解决的问题。生物吸附法是处理较低浓度重金属废水的高效廉价的方法之一。采用生物炭负载聚磷菌,制备了一种新型吸附剂,通过对比分析普通生物炭与负载聚磷菌生物炭对水中U(VI)的去除特性,结合BET、SEM及XPS等检测手段,考察聚磷菌对生物炭去除水中U(VI)的协同作用,探究低浓度铀废水处理新方法。结果表明,通过负载聚磷菌,生物炭能够快速降低水中U(VI)的浓度,去除率可达99.86%。BET及SEM表征手段表明,聚磷菌被固定在生物炭表面,负载聚磷菌的生物炭比表面积大大减小,但对铀的去除率反而增加。结合XPS结果可知,吸附后沉淀产物为四价铀和六价铀的混合物,表明聚磷菌对水中铀进行了还原、微沉淀,具有协同生物炭除铀作用。吸附动力学试验表明,该吸附过程符合准二级动力学模型;Freundlich吸附等温线模型能更好地描述吸附剂对铀的吸附行为。     

尼龙的阻燃研究进展

综述了近年来对尼龙阻燃的最新研究进展，尼龙是相对易燃材料，因此在应用中要进行阻燃处理。主要讨论了关于含卤、含磷、含氮、含硫、含硅、含溴化合物的尼龙的阻燃性研究，也讨论了一些无机添加剂和成炭有机物。可以认为尚未有理想的方法对尼龙阻燃而又不损失其物理性能。低卤和非卤阻燃剂以及多种阻燃剂共同作用的复合型阻燃聚酰胺会越来越得以发展。     

EG填充无卤阻燃型LDPE复合薄膜阻燃性能研究

为了改善聚合物低密度聚乙烯(LDPE)薄膜的阻燃性能,通过向其中添加膨胀型阻燃剂聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)和可膨胀石墨(EG),制备了无卤阻燃型低密度聚乙烯复合薄膜.实验研究了膨胀阻燃剂填充聚合物LDPE作为阻燃复合薄膜的性能,分析了膨胀阻燃剂的加入对复合膜阻燃性能、残重率和力学性能的影响机理.研究发现,该新型配方中的EG和APP/PER对复合薄膜的阻燃性能具有协同作用,当配方中APP/PER/EG的填充量达到30%质量分数(APP∶PER∶EG∶LDPE质量比16∶8∶6∶100)时,薄膜材料的氧指数可达到27.5%;与纯LDPE薄膜相比,阻燃薄膜的氧指数提高了10.3%,改善了阻燃效果.     

三氧化钼与有机蒙脱土复配体系在膨胀阻燃环氧树脂中的应用

为了提高膨胀阻燃环氧体系的阻燃和抑烟效率,利用聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺为膨胀阻燃剂、有机蒙脱土(OMMT)和MoO3为复配协效剂制备了膨胀阻燃环氧树脂,通过极限氧指数(LOI)、UL94、锥形量热仪和烟密度试验研究了膨胀阻燃环氧树脂的阻燃和抑烟性能。结果表明,单独添加OMMT或MoO3均能有效提高膨胀阻燃环氧树脂的LOI并降低燃烧过程中的热释放和生烟量,将二者复配使用还表现出较好的协效作用。添加质量分数1.5%OMMT和1.5%MoO3时,膨胀阻燃氧树脂的LOI达到27.8%,UL94达到V-0级,总释放热(THR)和总产烟量(TSR)相比未添加协效剂的膨胀阻燃环氧树脂分别下降了49.5%和57.8%。热重分析表明,单独添加OMMT或MoO3均能有效提高膨胀阻燃EP的热稳定性和成炭率,二者复配使用则表现出更高的初始分解温度并形成更多的残炭量。扫描电镜和红外光谱分析发现,OMMT和MoO3复配使用能促进膨胀阻燃氧树脂在燃烧过程中形成更多的交联结构以增强炭层的致密性和隔热性能,达到协效阻燃和抑烟作用。     

科技博览

防火性能最好的优配方法东华大学环境学院沈恒根教授等以市售无机膨胀型AB牌防火涂料为研究基础,复合了膨胀阻燃剂(APP-MEL-PER阻燃体系)、抑烟剂和助剂,进行了新型防火涂料的制备。经试验发现,当膨胀阻燃体系(APP-MEL-PER阻燃体系)以17:6:6的配比混合于无机膨胀型AB牌防火涂料中,其所占质量百分比为19%的时候,防火性最好。测试表明,该新型防火涂料密度等级为6.77,指数下降了10,接近于国家标准1级。在248℃～400℃期间失重仅为12%,在390℃,有强烈的吸收峰,也表现了优异的阻燃性,实现了APP- MEL-PER膨胀阻燃剂和AB牌涂料优配的目的。     

阻燃剂对聚乙烯垂直燃烧烟气成分的影响

本文采用烟气成分分析仪、垂直燃烧测试仪对添加几种不同类型阻燃剂的低密度聚乙烯进行实验研究,讨论了不同阻燃剂及其含量对PE燃烧烟气成分的影响.结果表明:PE中添加TBBA、ZB、Mg(OH)2和纯PE相比燃烧产生CO2浓度变小;含量相同时,TBBA、Mg(OH)2较ZB对PE燃烧生成CO2浓度影响大.含ZB、Mg(OH)2的PE燃烧生成CO浓度较纯PE燃烧生成CO浓度小,而添加TBBA对PE燃烧生成CO浓度影响与所添加份数有关.增大阻燃剂含量对抑制烟气中CO、CO2浓度来说并非越多越好.     

复合无机防火涂料优配研究

以市售无机膨胀型AB牌防火涂料为研究基础,复合了膨胀阻燃剂(APP-MEL-PER阻燃体系)、抑烟剂和助剂,进行了新型防火涂料的制备,当膨胀阻燃体系(APP-MEL-PER阻燃体系)以17∶6∶6的配比混合于该涂料中,其所占质量百分比为19%的时,防火性能最好。测试表明,该新型防火涂料烟密度等级6.77,指数下降了10,接近于国家标准1级。在248℃~400℃期间失重仅为12%,在390℃,有强烈的吸收峰,也表现了优异的阻燃性能。实现了APP-MEL-PER膨胀阻燃剂和AB牌涂料优配的目的。