聚丙烯阻燃劑未來更“綠色”

蔡芳昌

聚丙烯作為目前五種通用塑料之一,由于其一系列優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用于薄膜、注塑、拉絲、纖維和管道等領(lǐng)域,由于其具有簡單的碳鏈結(jié)構(gòu)和非木炭特性,因此極易燃。

提高聚丙烯阻燃性能的方法有很多種,不同方法的阻燃原理不同,帶來的阻燃效益也不同,我們的科研團隊研究了幾種較為常見的阻燃劑作用機理并將其改進,使其更加符合綠色環(huán)保要求。

近年來,膨脹型阻燃劑(IFR)因其高效、環(huán)保和低成本而受到廣泛研究。作為集酸源、碳源和氣源于一體的混合阻燃系統(tǒng),每個部分在燃燒中都發(fā)揮著不可替代的作用。而多組分的分散、儲存和材料加工更為復(fù)雜。一種單一類型的IFR應(yīng)運而生,即“三個來源合二為一”。單一型IFR具有兼容性好、組分間交互更快、表面流動性低、使用儲存更方便等優(yōu)點。近年來,它已成為一種流行的大分子阻燃劑。

其阻燃原理離不開磷系阻燃劑,磷是一種多價元素?，F(xiàn)在已經(jīng)證明,含阻燃磷的IFR的阻燃機理通常取決于它們在阻燃劑中的氧化態(tài)。在燃燒過程中,氧化磷在氣相中起著至關(guān)重要的作用,磷酸鹽在冷凝相中起著重要作用?，F(xiàn)如今IFR阻燃劑中酸源大多使用聚磷酸銨。

在當(dāng)前的材料發(fā)展中,可再生和環(huán)保的生物質(zhì)材料受到了越來越多的關(guān)注。它們在阻燃聚合物中也有廣泛的前景和應(yīng)用。

殼聚糖是一種天然多糖,可生物降解且對環(huán)境無害,來源于天然幾丁質(zhì)的脫乙?；?。它可以從蟹殼、蝦殼、真菌和蘑菇中提取。殼聚糖分子鏈中的多個反應(yīng)性羥基和氨基使其成為帶正電荷的聚合物,具有優(yōu)異的配位能力,例如殼聚糖的磷酸化。

殼聚糖富含碳,因此可以用作IFR的碳源。阻燃抗菌塑料是一種特殊功能的塑料材料,它通過添加阻燃劑和抗菌劑,既能夠抑制或延滯塑料的燃燒,又能夠抑制塑料表面細菌、霉菌等微生物的生長,從而保持塑料的清潔和延長其使用壽命。

這種塑料廣泛應(yīng)用于家電、汽車、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域,并以其多功能性和安全性,在提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命和保障人類健康方面發(fā)揮著重要作用,具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

此外,我們也以聚酰胺6為成碳劑,通過相同的方法將聚磷酸銨包封在三聚氰胺甲醛樹脂和硅酸鈉中,制備了含有微包封核殼結(jié)構(gòu)阻燃劑的阻燃聚丙烯。對聚磷酸銨、三聚氰胺甲醛樹脂包覆聚磷酸銨和微包覆核殼結(jié)構(gòu)阻燃劑的組成進行了表征。通過極限氧指數(shù)、熱重分析、垂直燃燒試驗和微型燃燒量熱儀,對防火安全性和熱穩(wěn)定性進行了研究,并表明其有所改善。還研究了燃燒的化合物,以確認燃燒機理。結(jié)果表明,阻燃性能得到了極大的提高,而聚酰胺6具有更好的炭化效果。

最后,根據(jù)可持續(xù)發(fā)展,未來將大力開發(fā)綠色環(huán)保的可再生阻燃資源,如植物汁、蛋殼和水果廢料等,也能解決現(xiàn)有的微塑料泛濫的問題。這些資源可以作為電子皮膚,也可以催化木炭的形成或釋放不可燃氣體,和IFR結(jié)合有望做出更具阻燃效益的阻燃劑;具有阻燃、疏水和抗紫外線等多功能特性的棉織物是一種當(dāng)代需求量比較大的高分子材料,它通過涂層,表面接枝等方法對棉織物進行改性,使其具備多種功能,并且需求日益增長。這種材料能夠在多個領(lǐng)域發(fā)揮作用,如戶外運動服、帳篷、家庭紡織品等。

作者簡介:

蔡芳昌,男,博士,教授,博士生導(dǎo)師。出生于1979年3月,2007年1月畢業(yè)于臺灣科技大學(xué)高分子工程系獲博士學(xué)位,2007年7月起受聘于湖北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,2010年5月于臺灣科技大學(xué)博士后出站,2011年獲得湖北省新世紀高層次人才工程-企業(yè)研發(fā)人才,2014年10月赴高分子科學(xué)與工程系-麻省大學(xué)-阿默斯特(Polymer Science & Engineering Dept-University of Massachusetts at Amherst)擔(dān)任訪問學(xué)者一職(Visiting Research Associate Professor A),在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文110余篇,其中80余篇被SCI、EI收錄、書章節(jié)2篇和國內(nèi)外會議論文50余篇,獲得國家發(fā)明專利30項。主要從事高分子材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能調(diào)控、高分子共混與復(fù)合材料、有機-無機雜化材料、生物醫(yī)用有機高分子材料研究。