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一种新型用于聚氨酯的反应型阻燃剂可减少两者相容性的问题

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发表时间:2018-03-29 10:25来源:塑道学苑

  高易燃性、阻燃性差的缺点是聚氨酯(PU)材料存在的一个全球性问题,此类缺点限制了PU在建筑,汽车和家用电器等各行业的应用。将阻燃剂以传统添加方式引入时,由于相容性的问题,会降低PU的性能。


多元醇的合成制备流程图.png


  鉴于此,美国匹兹堡州立大学RamK.Gupta等合成了基于脂族(Ali-1和Ali-2)和芳族(Ar-1和Ar-2)结构的新型溴化合物反应性阻燃剂(RFR),并制备柠檬烯二硫醇生物基PU。将RFR用于自制的生物基PU阻燃,并对其结果进行分析。


  研究者按如下流程,以自制的多元醇和异氰酸酯制备硬质PU泡沫,制备完成后,维持在室温条件下7天,完成固化过程。具体配方列于表1。采用FTIR,GPC,SEM技术等对制备材料的结构形貌等进行了基本表征,并对材料的物理性质如密度等进行了基本测试;随后,研究者分析了PU泡沫的热性能与燃烧性能。


PU泡沫的配方表.png


  TGA测试表明在250℃之前,所有泡沫都呈现稳定状态,表明RFR添加的Br-多元醇类对稳定泡沫的热稳定性很有帮助;此外,对比可知,由于脂肪链的热稳定性较差,泡沫的热稳定性略有下降,而由于芳香族物质及溴浓度的增加,泡沫的热稳定性提升,表明芳香族比脂肪族具有更高的热稳定性。此外,DTG结果显示含有Ar-多元醇的泡沫,分解温度由375℃上升至400℃,也证明了芳族结构良好的热稳定性。


PU泡沫的TGA测试曲线.png


  研究者按照标准垂直燃烧测试对泡沫的燃烧行为进行测试分析,结果表明随着溴浓度的增加,泡沫的自熄时间减少。且当含有Br-6%时,Ar-1泡沫和Ar-2-泡沫的自熄时间可分别短至7.6秒和7秒;同样的测试方法测得Br-6%时,Ali-1和Ali-2泡沫的火焰自熄时间分别为12.4秒和21秒。此外,与燃烧结果对应的,样品的燃烧面积随着溴浓度的增加而降低。机理分析:主要为气相阻燃机理,Br自由基对空气中的H*,OH*和O*等自由基的捕捉作用;此外由于残炭量提升,表明也存在凝聚相阻燃机理。


PU泡沫的垂直燃烧测试.png


  整体来说,在本期研究中,研究者制备合成了四种不同的RFR多元醇,分别是两种脂族和两种芳族结构的溴多元醇,使用含有RFR多元醇合成制备生物基刚性PU泡沫,并研究了PU泡沫在0-6%溴浓度下的阻燃效果。结果表明随着溴含量的提升泡沫的阻燃性能逐渐提升;且含芳香族PU泡沫的阻燃性能优于含脂肪族的PU泡沫。


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