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。
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）
