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聚合物型无卤阻燃剂的分子设计及构效关系研究新进展
文章来源:SKLFS  作者:台启龙  发布时间:2012-03-10 15:10:00
  随着材料工业的发展,聚合物材料已广泛地应用于建筑、交通、电器、日常用品以及国防和航空航天等领域。由于大多数聚合物材料具易燃性,这大大限制了其在某些特定场合的应用,特别是近年来由聚合物材料引发的火灾事故频发,使人民的生命财产安全受到了严重威胁。目前,聚合物材料的阻燃主要是通过在聚合物基体中加入各种阻燃剂来实现。已经被广泛使用的阻燃剂体系包括卤系、无机氢氧化物、磷系及磷-氮系等。但是这些阻燃剂都存在不同程度的缺点,如燃烧时释放出有毒腐蚀性气体、阻燃效率低、耐水性差、易迁移等。因此,研究开发高效环保的新型阻燃剂对于降低聚合物材料火灾危险性、提高材料的综合性能、扩大其使用领域以及延长其产业链,具有十分重要的理论与现实意义。
  近年来,我室胡源教授课题组围绕如何通过分子组装手段,设计合成一系列新型无卤阻燃剂,并详细阐述了分子结构与性能之间的构效关系。从而为新型高效无卤阻燃剂的制备提供了坚实的实验基础和丰富的理论支持。相关研究结果已发表在Journal of Materials Chemistry 【21 (2011), 6621-6627】、 Reactive and Functional Polymers【70 (2010) 340–345】等国际著名刊物上,并申请数项发明专利。

图1. 三种聚合物P-N型阻燃剂的热释放曲线图

  研究发现,制备的P-N聚合物型阻燃剂分子主链上的化学基团严重影响其热解行为、热稳定性及阻燃性能。分子主链含有氧原子的化合物具有更高的热稳定性和更低的热释放,显示出优良的阻燃性能。

图2. 三种聚合物型P-N阻燃剂的炭层的SEM及Raman谱图

  为了进一步研究其结构和性能之间的关系,研究人员对该系列化合物进行了惰性气体下的裂解实验,并对其产生的大量炭渣进行了详细的分析。结果发现,具有较高热稳定性和阻燃性能的化合物的炭渣呈现蜂窝状结构,其表面光滑而又致密。拉曼光谱则显示了该炭渣具有比其它样品更多的石墨结构的炭层。这些实验结果充分说明了分子主链上的化学基团严重影响P-N聚合物型阻燃剂的热稳定性和阻燃性能,并有规律地体现在炭渣形貌、规整度等方面。这些实验及相应理论在环保高效阻燃剂设计合成中具有重要的意义。
 
 
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