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聚合物纳米复合材料阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-2-9 18:49:25
聚合物纳米复合材料既具有高聚物本身的优点,又兼备了纳米粒子的特异属性,因而使其具有全新的性质和功能,如高强度、高模量、高韧性、高耐热性、高透明性、高导电性以及对油和气体的高阻隔性等,使其在力学、催化、功能材料(光、电、磁、敏感等)领域有着广阔的应用前景。

但是,聚合物纳米复合材料中纳米粒子的含量很低(一般<5%),主要成分为碳元素和氢元素,受到高温作用时会发生燃烧和分解,属于易燃材料,在很大程度上限制了对其的应用。并且,聚合物材料发生燃烧时,产生大量的光、热和毒害性烟气,极易造成人员伤亡和财产损失。

因此,聚合物纳米复合材料阻燃剂能成为聚合物研究领域的一个重要课题。聚合物纳米复合材料阻燃剂新型阻燃介质石墨烯除了本身优异的阻燃性能外,通过不同物质对石墨烯进行化学修饰,进一步提高石墨烯的阻燃性能,从而也更优化聚合物纳米复合材料的火安全性能。

聚合物的火安全性指聚合物受到火源作用时的耐火性能,主要包括引燃温度、燃烧热值、烟气主要成分、释放量等。聚合物的燃烧过程主要有热分解、点燃和燃烧等过程。聚合物的热分解反应主要有解聚反应、消除反应、环化反应和交联反应等。

热分解产物有可燃性气体、液体和固体等,其中,可燃性气体是形成持续燃烧的必要和充分条件,主要有甲烷、乙烷、乙烯、甲醛、丙酮和一氧化碳等。聚合物材料被点燃后,释放出的热量促使聚合物的热分解和燃烧反应进一步加剧,形成循环燃烧。

聚合物的阻燃原理主要有3类:气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理和中断热交换阻燃机理。目前,提高聚合物阻燃性能的方法可以分为两大类:一是通过分子设计,赋予聚合物分子阻燃元素或阻燃结构,从而提高聚合物的阻燃性能;二是通过添加阻燃剂,提高聚合物材料的耐火性能。

其中,后者是塑料工业广泛应用的方法,具有技术成熟、成本低和加工方便等优点。目前常用的聚合物纳米复合材料阻燃剂有溴系阻燃剂、聚磷酸铵、氢氧化铝、氢氧化镁、红磷和三聚氰胺等,而石墨烯则具有更优异的阻燃性能。


磷酸三苯酯tpp生产工艺

三氯氧磷直接法(热法)和三氯化磷间接法(冷法)。

(1)热法  将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中,在不超过10℃以下,缓缓加入三氯氧磷,然后在回流湿度下反应3-4h,冷却至室温后,反应物经水洗回收吡啶,用于燥硫酸钠脱水,过滤除硫酸钠,常压下蒸馏回收苯;减压蒸馏收集243-245℃/1.47KPa的馏分,经冷却、结晶、粉碎即得成品。

 ( 2 )冷法  将苯酚溶解在吡啶和无水苯溶剂中,然后于40℃下滴加三氯化磷生成,继续在70℃下通入氯气生成二氯代磷酸三苯酸,再于80℃下进行水解生成磷酸三苯酯。水解物经水洗、碱中和、浓缩后进行减压蒸馏得成品。精制方法:常含有苯酚、磷酸和酸性磷酸苯酯等杂质。用乙醇或乙醇与溶剂汽油的混合液进行重结晶精制。


石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料,它是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料,如图1(a)所示。石墨烯具有奇异的特点与优异的性质,比如量子霍尔效应,较高的模量、强度和电子迁移速率,巨大的比表面积,优良的导热和导电性能等。

这些特点和性质使得石墨烯在能源、电子、催化、生物医药和复合材料等领域具有非常广泛的应用前景。目前,制备石墨烯的常用方法包括:机械剥离法、氧化石墨还原法、超声波剥离法、气相沉积法、碳化硅外延生长法、催化炭化法、切割碳CNT法、电化学剥离法和溶剂热法等。

其中,氧化石墨还原法具有产量高、成本低和原料容易获得等优点,是制备石墨稀最常用、最具前景的方法之一。与此同时,石墨烯中含有大量的含氧官能团,比如羟基、羧基和环氧基等,具有良好的化学活性。通过捕捉特定结构或功能的目标化合物发生化学反应,可以对石墨烯表面进行化学修饰,从而改变石墨烯的物理和化学性质。

石墨烯独特的二维层状结构使其具有优异的阻燃效应,其二维片层结构具有片层阻隔效应,能够延缓热量的传递、热解产物的扩散与逸出以及氧气的扩散与混合。2010年,利用“hummers”方法制备出氧化石墨烯(GO),并用自蔓延的方法将GO薄膜变成还原石墨烯薄膜。研究发现,通过自蔓延方法得到的rGO薄膜具有良好的火稳定性。

此外,石墨烯还含有大量的含氧官能团,比如烃基、幾基和环氧基,能和聚合物基体之间通过化学键形成较强的界面作用,提高聚合物的热稳定性和火安全性。

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