高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (12): 2789.doi: 10.7503/cjcu20180339
卢林刚(), 程哲, 丘新铭, 王会娅(
), 杨守生, 钱小东, 王学宝
收稿日期:
2018-05-02
出版日期:
2018-11-09
发布日期:
2018-11-09
作者简介:
联系人简介: 卢林刚, 男, 博士, 教授, 主要从事有机合成及阻燃材料方面的研究. E-mail:
基金资助:
LU Lingang*(), CHENG Zhe, QIU Xinming, WANG Huiya*(
), YANG Shousheng, QIAN Xiaodong, WANG Xuebao
Received:
2018-05-02
Online:
2018-11-09
Published:
2018-11-09
Contact:
LU Lingang,WANG Huiya
E-mail:llg@iccas.ac.cn;wjxywanghuiya@sohu.com
Supported by:
摘要:
从分子结构设计出发, 以六氯环三磷腈、 对羟基苯甲醛、 三氯氧磷及新戊二醇等为原料, 制备了一种新型阻燃剂六[4-(5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂己内磷酰基)苯氧基]环三磷腈(HDDCPPCP), 并将其与聚磷酸铵(APP)和多壁碳纳米管(MWCNT)复配, 应用于环氧树脂(EP)中, 制备了HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP阻燃复合材料. 利用极限氧指数(LOI)、 水平燃烧(UL-94)、 锥形量热(CONE)、 拉伸、 弯曲和冲击等方法研究该阻燃复合材料的燃烧性能、 热性能及力学性能. 实验结果表明, 保持阻燃体系总质量分数为30%, 当MWCNT质量分数为2%时, EP2(HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP)的各项燃烧参数综合表现较好, 其LOI值达到42.8%, 热释放速率峰值(pk-HRR)、 热释放速率平均值(av-HRR)、 有效燃烧热平均值(av-EHC)及一氧化碳释放率平均值(av-CO)相对EP0分别降低92.5%, 93.0%, 65.2%和66.6%, 呈现出良好的阻燃、 抑烟和抑毒性能; EP2的拉伸强度、 断裂伸长率、 弯曲强度和弯曲模量较好, 分别为110.46 MPa, 6.24%, 1259.99 MPa, 377.72 MPa.
中图分类号:
TrendMD:
卢林刚, 程哲, 丘新铭, 王会娅, 杨守生, 钱小东, 王学宝. 星型绿色磷腈阻燃剂的制备及阻燃环氧树脂性能. 高等学校化学学报, 2018, 39(12): 2789.
LU Lingang,CHENG Zhe,QIU Xinming,WANG Huiya,YANG Shousheng,QIAN Xiaodong,WANG Xuebao. Preparation of Green Star-topology Phosphazene Flame Retardant and Properties of Flame-retardant Epoxy Resin†. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(12): 2789.
Sample | Mass fraction(%) | LOI(%) | UL94-FH | UL94-FV | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EP | m-PDA | HDDCPPCP | APP | MWCNT | ||||
EP0 | 90.9 | 9.1 | 0 | 0 | 0 | 23.0 | FH-2 | No rating |
EP1 | 63.6 | 6.4 | 10.0 | 20.0 | 0 | 43.8 | FH-1 | V-0 |
EP2 | 63.6 | 6.4 | 9.3 | 18.7 | 2 | 42.8 | FH-1 | V-0 |
Table 1 Sample pattern and experimental results of HDDCPPCP/APP/MWCNT/EP
Sample | Mass fraction(%) | LOI(%) | UL94-FH | UL94-FV | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
EP | m-PDA | HDDCPPCP | APP | MWCNT | ||||
EP0 | 90.9 | 9.1 | 0 | 0 | 0 | 23.0 | FH-2 | No rating |
EP1 | 63.6 | 6.4 | 10.0 | 20.0 | 0 | 43.8 | FH-1 | V-0 |
EP2 | 63.6 | 6.4 | 9.3 | 18.7 | 2 | 42.8 | FH-1 | V-0 |
Sample | TTI/s | pk-HRR/ (kW·m-2) | av-HRR/ (kW·m-2) | av-EHC/ (MJ·kg-1) | av-MLR/ (g·s-1) | av-SEA/ (m2·kg-1) | av-CO/ (kg·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
EP0 | 91 | 634.40(235 s) | 261.30 | 20.43 | 0.12 | 1888.45 | 0.06 |
EP1 | 85 | 38.33(215 s) | 10.97 | 4.42 | 0.02 | 2393.47 | 0.02 |
EP2 | 81 | 47.39(200 s) | 18.26 | 7.11 | 0.02 | 2285.00 | 0.02 |
Table 2 Cone calorimeter data of EP0, EP1 and EP2
Sample | TTI/s | pk-HRR/ (kW·m-2) | av-HRR/ (kW·m-2) | av-EHC/ (MJ·kg-1) | av-MLR/ (g·s-1) | av-SEA/ (m2·kg-1) | av-CO/ (kg·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
EP0 | 91 | 634.40(235 s) | 261.30 | 20.43 | 0.12 | 1888.45 | 0.06 |
EP1 | 85 | 38.33(215 s) | 10.97 | 4.42 | 0.02 | 2393.47 | 0.02 |
EP2 | 81 | 47.39(200 s) | 18.26 | 7.11 | 0.02 | 2285.00 | 0.02 |
Sample | FGI/(kW·m-2·s-1) | THRI6 min/(MJ·m-2) | TSPI6 min/(m2·g·kg-1·s-1) | ToxPI6 min/(g·s-1) |
---|---|---|---|---|
EP0 | 2.70 | 3.85 | 7.44 | 4.21 |
EP1 | 0.18 | 2.64 | 6.11 | 3.33 |
EP2 | 0.24 | 2.73 | 6.98 | 3.53 |
Table 3 Burning properties of pure EP0, EP1 and EP2
Sample | FGI/(kW·m-2·s-1) | THRI6 min/(MJ·m-2) | TSPI6 min/(m2·g·kg-1·s-1) | ToxPI6 min/(g·s-1) |
---|---|---|---|---|
EP0 | 2.70 | 3.85 | 7.44 | 4.21 |
EP1 | 0.18 | 2.64 | 6.11 | 3.33 |
EP2 | 0.24 | 2.73 | 6.98 | 3.53 |
Sample | Tensile strength/MPa | Break elongation(%) | Bending strength/MPa | Bending modulus/MPa | Impact strength/ (kJ·m-2) |
---|---|---|---|---|---|
EP0 | 60.84 | 8.88 | 225.29 | 261.96 | 10 |
EP1 | 32.37 | 3.65 | 739.49 | 265.51 | 11.25 |
EP2 | 110.46 | 6.24 | 1259.99 | 377.72 | 30 |
Table 4 Mechanical experimental results of EP0, EP1 and EP2
Sample | Tensile strength/MPa | Break elongation(%) | Bending strength/MPa | Bending modulus/MPa | Impact strength/ (kJ·m-2) |
---|---|---|---|---|---|
EP0 | 60.84 | 8.88 | 225.29 | 261.96 | 10 |
EP1 | 32.37 | 3.65 | 739.49 | 265.51 | 11.25 |
EP2 | 110.46 | 6.24 | 1259.99 | 377.72 | 30 |
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