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化学与环境科学学院 - 学术动态
2019-12-24 17:24:00 来源:本站原创

我院阻燃材料研究团队取得系列研究进展

近期,我院阻燃材料团队分别基于环氧树脂和PVC无卤阻燃体系取得了系列研究进展。


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图1 新型活性胺基磷腈阻燃剂的合成及其在降低环氧树脂火灾中的应用 

环氧树脂(EP)因其独特的力学性能、化学稳定性和抗潮湿性等优点被广泛应用于各行各业。但在一些关键领域,必须对EP进行阻燃处理。因此,研发出一种与EP相容性好的高效阻燃剂具有重要意义。磷腈类阻燃剂因其无毒高效、热稳定性高的优点被广泛应用在阻燃领域。因此,作者采用六氯环三磷腈、氮-氨乙基哌嗪作为反应原料,制备出一种含有活性氨基的反应型阻燃添加剂。将其加入EP中能改善阻燃性,降低火灾危害;同时合成的阻燃剂中含有活性氨基可以与环氧基材发生相互作用,改善阻燃剂与EP基材的相容性,从而降低对力学性能的影响。该成果为新型无卤、高效兼顾提高与高分子材料相容性的阻燃剂的开发提供了新思路。相关研究成果发表在Journal of Hazardous Materials (2019, 366, 78-87),入选了2019年ESI高被引论文,硕士生杨光为第一作者,屈红强教授为通讯作者,河北大学为第一完成单位。这是该团队在磷腈衍生物阻燃剂开发领域的一项重要突破。



图2 ACS@NiCo2(CO3)1.5(OH)3杂化材料的合成及在PVC中的阻燃研究

碳基微球作为一种新兴的碳材料,由于其制备成本低,热稳定性高,阻隔效果好以及独特的吸附性,已逐渐应用于阻燃聚合物中。高度石墨化的碳基微球不仅可以充当保护性炭层来减少PVC燃烧过程中质量和热量的传递,还可以作为催化剂,加快PVC释放氯化氢的速度。此外,碳基微球具有较大的比表面和丰富的官能团,如羧基、羟基、酚、内酯和醚。基于此,碳基微球可以负载兼具气相和凝聚相机理的NiCo2(CO3)1.5(OH)3来进一步催化PVC脱水交联形成芳炭,减少气态可燃物的产生,达到阻燃抑烟的目的。然而,这种纯无机杂化材料与基材相容性差,易于在聚合物中团聚,从而导致基体力学性能的降低。因此,如何保持碳基杂化材料的高效阻燃性能,同时提高这种阻燃剂与基体的相容性,扩大其应用领域值得关注。据报道,有机-无机杂化材料具有形成互补或协同效应的作用,在改善聚合物复合材料的力学性能和阻燃性能方面具有独特的优势。有机改性是在无机杂化材料的表面或边界上吸附一些有机小分子。这些小分子可以充当无机材料和聚合物基材之间的桥梁,从而提高聚合物的综合性能。值得注意的是,含有阻燃元素N,P,F的咪唑基离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体([BMIM] PF6)由于极性强可以吸附在无机杂化材料的表面上。最重要的是,[BMIM] PF6的烷基可以与PVC碳链上的连接点相互作用,增强聚合物的柔软性。因此,将[BMIM] PF6和碳基微球杂化材料结合起来用于PVC材料,提高材料的阻燃、抑烟和力学性能。相关研究成果发表在Composites Part B-Engineering (DOI:10.1016/j.compositesb.2019.107543.),硕士生王永会为第一作者,屈红强教授、徐建中教授为共同通讯作者,河北大学为第一完成单位。

Journal of Hazardous Materials是Elsevier旗下环境科学与生态学顶级期刊,中科院分区大类一区Top期刊,最新影响因子7.91。Composites Part B-Engineering是Elsevier旗下工程技术领域顶级期刊,中科院分区大类一区Top期刊,最新影响因子7.39。



(科研办公室 供稿)


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