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生物基疏水阻燃剂的制备及在阻燃纸中的应用研究

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中国造纸 2022年第3期41卷 1-9页

作者：耿亚茹杨国超张求慧北京林业大学材料科学与技术学院木质材料科学与应用教育部重点实验室北京100083

利用生物基材料蛋清蛋白、植酸及柠檬酸(CA)对聚磷酸铵(APP)进行改性,制备了复合阻燃剂(APP@EP-CA)。将阻燃剂与纸浆共混制备阻燃纸,探讨了不同成分阻燃剂对纸张阻燃性能和综合性能的影响。结果表明,添加2.5 g的CA改性的阻燃剂(APP@EP-C... 详细信息

利用生物基材料蛋清蛋白、植酸及柠檬酸(CA)对聚磷酸铵(APP)进行改性,制备了复合阻燃剂(APP@EP-CA)。将阻燃剂与纸浆共混制备阻燃纸,探讨了不同成分阻燃剂对纸张阻燃性能和综合性能的影响。结果表明,添加2.5 g的CA改性的阻燃剂(APP@EP-CA_(2.5))在700℃时最终残余质量达48.4%,与APP相比热稳定性明显提高。与未添加阻燃剂的空白纸相比,添加APP@EP-CA_(2.5)的阻燃纸(Pulp-2.5)的极限氧指数(LOI)值从19.6%提高到40.8%,炭化长度仅为46 mm。与添加APP的阻燃纸相比,Pulp-2.5的热释放速率峰值由139.75 kW/m^(2)降至88.85 kW/m^(2),总热释放量由32.03 MJ/m^(2)降至24.21 MJ/m^(2),表明APP@EP-CA_(2.5)可以明显提高纸张的阻燃效果。另外,Pulp-2.5的抗张指数为47.8 N·m/g,接触角为108.5°,兼具良好的力学性能和疏水性能。

关键词：阻燃纸生物基阻燃剂聚磷酸铵疏水性

兼具力学性能与高效阻燃性能粘胶织物的制备及其性能

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纺织学报 2025年第2期46卷 188-196页

作者：宋婉萌王宝弘孙宇杨家祥刘云王玉忠青岛大学纺织服装学院山东青岛266071 青岛大学功能纺织品与先进材料研究院山东青岛266071 青岛大学新型防火阻燃材料开发与应用国家地方联合工程研究中心山东青岛266071 四川大学化学学院四川成都610064

针对植酸阻燃剂在轧烘焙高温整理条件下会对纤维素基织物产生严重的损伤,造成力学性能大幅下降的问题,通过植酸与麦芽糖醇反应合成植酸改性麦芽糖醇阻燃剂(PAMA),并将其通过轧烘焙工艺应用于粘胶织物整理。探讨了阻燃剂对粘胶织物在高... 详细信息

针对植酸阻燃剂在轧烘焙高温整理条件下会对纤维素基织物产生严重的损伤,造成力学性能大幅下降的问题,通过植酸与麦芽糖醇反应合成植酸改性麦芽糖醇阻燃剂(PAMA),并将其通过轧烘焙工艺应用于粘胶织物整理。探讨了阻燃剂对粘胶织物在高温整理条件下的阻燃性能及力学性能的影响。结果表明:当植酸与麦芽糖醇的量比为1∶3时,合成的阻燃剂显著提升了织物的阻燃性能,同时有效保持了其力学性能;处理后织物的极限氧指数提高至30.1%,高温区的热稳定性有所提升,残炭量显著增加,最大热释放速率降低82%;烟释放下降明显;断裂强力保留高达98%,相比于纯植酸整理的织物,断裂强力提升近400%;PAMA阻燃剂在高温条件下展现出优异性能,具有良好的应用前景。

关键词：粘胶织物生物基阻燃剂阻燃性能力学性能植酸麦芽糖醇功能纺织品

生物基三组分自组装涂层构筑及其对苎麻织物的阻燃改性

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纺织学报 2021年第4期42卷 132-138页

作者：王华清闫红强浙江纺织服装职业技术学院浙江宁波315211 浙大宁波理工学院高分子材料与工程研究所浙江宁波315100

为解决苎麻纤维易燃烧和使其增强复合材料阻燃性降低的问题,采用层层自组装方法,以生物质来源的海藻酸钠(SA)、聚双酚酸苯基磷酸酯(poly(DPA-PDCP))为聚阴离子电解质,聚乙烯亚胺(PEI)为聚阳离子电解质,在苎麻织物表面构筑了(SA/PEI/poly... 详细信息

为解决苎麻纤维易燃烧和使其增强复合材料阻燃性降低的问题,采用层层自组装方法,以生物质来源的海藻酸钠(SA)、聚双酚酸苯基磷酸酯(poly(DPA-PDCP))为聚阴离子电解质,聚乙烯亚胺(PEI)为聚阳离子电解质,在苎麻织物表面构筑了(SA/PEI/poly(DPA-PDCP)/PEI)n三组分阻燃涂层,借助傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、热失重分析仪、微型量热仪、垂直燃烧测试仪等对其形貌、热稳定性和阻燃性能进行表征。结果表明:苎麻织物表面构筑了一个多层、厚且致密的(SA/PEI/poly(DPA-PDCP)/PEI)n阻燃涂层,该阻燃涂层可明显降低苎麻织物的热分解速率,燃烧时在其表面形成一层厚且致密的膨胀型阻燃炭层,可有效地隔热隔氧,提高苎麻织物的热稳定性和成炭能力,并赋予其优异的阻燃性能,解决苎麻增强复合材料阻燃性能差的问题。

关键词：苎麻织物生物基阻燃剂层层自组装阻燃性能功能织物

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基于生物材料阻燃PLA研究进展

塑料科技 2022年第7期50卷 96-100页

作者：王自博吕锦翔肖丹福建工程学院材料科学与工程学院福建福州350118

聚乳酸(PLA)容易燃烧,研发兼具阻燃性和可降解性的生物基材料成为研究热点。综述各类生物基阻燃剂用于PLA的研究现状,介绍生物基原料、改性生物基原料和生物基中间体等阻燃剂对PLA性能的影响,探讨各类生物基材料作用下PLA复合材料的阻... 详细信息

聚乳酸(PLA)容易燃烧,研发兼具阻燃性和可降解性的生物基材料成为研究热点。综述各类生物基阻燃剂用于PLA的研究现状,介绍生物基原料、改性生物基原料和生物基中间体等阻燃剂对PLA性能的影响,探讨各类生物基材料作用下PLA复合材料的阻燃机理。研究表明:单独添加生物基原料,对PLA的阻燃效果有限。生物基原料与传统阻燃剂复配,复合阻燃剂与PLA基体的相容性有待提高。生物中间体改性PLA的阻燃效果较好。指出未来生物基阻燃剂的研究可向多功能化、高性能化、低成本化方向发展。

关键词：生物基阻燃剂聚乳酸阻燃性能阻燃机理

丁香酚基复合涂层阻燃疏水棉织物的制备及其性能

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纺织学报 2023年第12期44卷 115-122页

作者：陈顺钱坤梁付巍郭文文江南大学纺织科学与工程学院江苏无锡214122 中国科技大学火灾科学国家重点实验室安徽合肥230026 香港理工大学纺织服装学院中国香港100872

为解决棉织物使用过程中易燃易污的问题,采用简单的两步浸渍法对棉织物进行阻燃疏水整理。首先,用丁香酚和二氯化磷酸苯酯合成生物基阻燃剂二丁香基磷酸苯酯(DEP),并用其对棉织物进行阻燃整理。随后,利用甲基三甲氧基硅烷改性锆基金属... 详细信息

为解决棉织物使用过程中易燃易污的问题,采用简单的两步浸渍法对棉织物进行阻燃疏水整理。首先,用丁香酚和二氯化磷酸苯酯合成生物基阻燃剂二丁香基磷酸苯酯(DEP),并用其对棉织物进行阻燃整理。随后,利用甲基三甲氧基硅烷改性锆基金属有机框架(UiO-66)颗粒制备疏水剂,并将其用于阻燃棉织物的疏水整理。最后对所得阻燃疏水棉织物的结构、热稳定性、阻燃性、疏水性和耐污性能等进行研究。结果表明:相比于原棉织物,整理后棉织物的热稳定性能提高,燃烧后成炭明显,表明该复合涂层具有良好的阻燃效果;整理后的棉织物还表现出较好的疏水性能,疏水角为139°,并可耐多种常见污渍。该阻燃疏水复合涂层采用生物质为原料,绿色环保,且操作简便,在制备功能性纺织品方面具备较大的应用潜力。

关键词：丁香酚阻燃整理疏水整理生物基阻燃剂含磷化合物棉织物功能性纺织品

含P/N/Si木质素基阻燃剂的制备及其阻燃聚乳酸

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高分子材料科学与工程 2024年第3期40卷 12-22页

作者：宋艳杨晓涵林肯单雪影李锦春常州大学材料科学与工程学院江苏常州213164 常州大学环境科学与工程学院江苏常州213164

以碱木质素(Lig)为原料,3-氨丙基三甲氧基硅烷、4-(二乙氨基)水杨醛和9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物为改性剂,通过三步法成功制备了一种含磷、氮、硅元素的木质素基阻燃剂(FR-Lig)。热失重分析表明,与Lig相比,FR-Lig在空气中具有... 详细信息

以碱木质素(Lig)为原料,3-氨丙基三甲氧基硅烷、4-(二乙氨基)水杨醛和9,10-二氢-9-氧-10-磷杂菲-10-氧化物为改性剂,通过三步法成功制备了一种含磷、氮、硅元素的木质素基阻燃剂(FR-Lig)。热失重分析表明,与Lig相比,FR-Lig在空气中具有良好的热稳定性能和成炭能力,其T5%提高了45℃,550℃时的残留量由1.8%提高到31.6%。然后将FR-Lig用于制备全生物基阻燃聚乳酸复合材料(FR-Lig/PLA),对材料的阻燃性能、热稳定性能、燃烧行为等进行了研究。结果表明,FR-Lig的加入可提高PLA的阻燃性能,当添加量为20%时,LOI值可增加至27.5%,垂直燃烧Ul-94过V-0级;即使质量分数10%的加入,也可使PLA的LOI值增加2个数值,UL-94由无等级提高至V-2级,对应PLA的拉伸强度为41.8 MPa,与纯PLA相比,冲击强度可提升约60%;而且,FR-Lig/PLA材料的热稳定性能、耐火性能和抑烟能力得到了提升。此外,残炭的表征及PLA的热重-红外联用分析表明,气相阻燃和凝聚相阻燃在PLA中共同发挥作用,以后者为主,并提出了可能的阻燃机理。

关键词：碱木质素生物基阻燃剂聚乳酸阻燃性能热稳定性能

生物基诱导氢氧化镁复合改性阻燃沥青性能与机理研究

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生物基诱导氢氧化镁复合改性阻燃沥青性能与机理研究

作者：王亚茹重庆交通大学

学位级别：硕士

沥青路面因行驶舒适、施工周期短、噪音小、养护方便等优点,逐渐成为中国隧道路面铺装的主要形式。沥青作为有机高分子粘结剂,属于易燃材料。隧道内一旦起火,沥青会迅速被引燃。由于隧道内通风散热不畅,沥青不充分燃烧会产生大量一氧化... 详细信息

沥青路面因行驶舒适、施工周期短、噪音小、养护方便等优点,逐渐成为中国隧道路面铺装的主要形式。沥青作为有机高分子粘结剂,属于易燃材料。隧道内一旦起火,沥青会迅速被引燃。由于隧道内通风散热不畅,沥青不充分燃烧会产生大量一氧化碳,导致人员中毒或窒息,极大地威胁生命安全。目前,结合沥青材料特性,制备高效、无毒、抑烟的环保型阻燃剂缓解沥青燃烧时火势的蔓延和发展,降低有毒气体的释放,成为隧道沥青路面发展的当务之急。（1）生物基阻燃剂的制备。本文基于核壳结构开发了生物基诱导氢氧化镁生成金属有机框架结构阻燃剂（SA-MH-MOF）和层状双金属氢氧化物阻燃剂（SA-MH-LDH）。以极限氧指数（LOI）为判定标准,通过正交设计试验确定了SA-MH-MOF阻燃剂和SA-MH-MOF的最佳制备条件。（2）生物基阻燃剂的微观表征。对SA-MH-MOF、SA-MH-LDH、Co-MOF、Co-Ni-LDH进行微观形貌和晶体结构表征对比分析。红外光谱图表明,SA-MH-MOF与Co-MOF具有相同的咪唑环伸缩振动峰和弯曲振动峰;SA-MH-LDH与Co-Ni-LDH具有相同的水滑石层板和层间水羟基（v-OH）的伸缩振动;扫描电子显微镜和能谱分析表明,SA-MH-MOF的片状结构上生成了海藻酸钠与钴离子的络合物,且C元素含量增加;SA-MH-LDH与Co-Ni-LDH的微观形貌呈相似的花簇形片状堆砌物结构,分子质量比符合LDH结构特性;X-射线衍射结果表明,SA-MH-MOF阻燃剂中氢氧化镁被生物基包覆,部分MH衍射峰消失;SA-MH-LDH与Co-Ni-LDH均具有LDH结构衍射峰。综上,生物基诱导氢氧化镁生成了MOF结构的基础配位键和LDH结构。（3）生物基阻燃沥青的阻燃抑烟性能。通过高速剪切法制备了MH、SA-MH-MOF、SA-MH-LDH单相阻燃沥青,通过极限氧指数测试其阻燃性能,锥形量热仪测试其热释放和烟释放性能。相比于MH阻燃沥青,SA-MH-MOF、SA-MH-LDH阻燃沥青的热释放速率峰值降低32.9%和24.9%,达到热释放速率峰值的时间推迟28.4s和42.7s,总热释放量降低409.3MJ/m和515.1MJ/m。到达烟释放速率峰值的时间推迟23.3s和36.9s,点燃时间推迟8s和4s。综上,SA-MH-MOF、SA-MH-LDH阻燃沥青具有良好的阻燃抑烟效果。（4）生物基复合阻燃剂的制备及阻燃沥青的阻燃抑烟性能。为进一步提升对阻燃沥青的抑烟效果,本文采用MH、SA-MH-MOF、SA-MH-LDH 3种阻燃剂分别协同聚磷酸铵（APP）、硼酸锌（ZB）制备复合阻燃沥青。基于正交设计试验,以极限氧指数为评价指标,确定了MH、SA-MH-MOF和SA-MH-LDH复配阻燃剂的最佳配比。阻燃抑烟测试结果表明,MH、SA-MH-MOF、SA-MH-LDH复合阻燃沥青的阻燃抑烟性能都得到进一步提升。（5）生物基单相和复相阻燃沥青的性能对比分析。相比于SBS改性沥青,阻燃沥青的针入度、延度降低,软化点增大,储存稳定性降低,高温稳定性和抗老化性提高。相比于单相阻燃沥青,热重分析表明,复合阻燃沥青的燃烧速率低,但残余质量增多;残炭分析表明,复合阻燃沥青的炭层厚度增加,表面形成的金属氧化物增多,裂缝和孔洞减少,燃烧过程中熔滴现象减弱,尤其是SA-MH-LDH复合阻燃沥青效果尤为显著。

关键词：生物基阻燃剂阻燃沥青氢氧化镁性能机理

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生物基阻燃环氧树脂的制备及其燃烧性能研究

生物基阻燃环氧树脂的制备及其燃烧性能研究

作者：任俊杰青岛科技大学

学位级别：硕士

环氧树脂(EP)因其优异的力学性能、电绝缘性能、粘结性能,在日常生活中应用广泛。纯EP(Pure EP)的极限氧指数(LOI)仅有20%,且EP点燃后会释放大量的热、一氧化碳、烟、二氧化碳等,这些产物对于EP在日常的生产生活中的使用造成了很大的火... 详细信息

环氧树脂(EP)因其优异的力学性能、电绝缘性能、粘结性能,在日常生活中应用广泛。纯EP(Pure EP)的极限氧指数(LOI)仅有20%,且EP点燃后会释放大量的热、一氧化碳、烟、二氧化碳等,这些产物对于EP在日常的生产生活中的使用造成了很大的火灾安全隐患。往EP中添加阻燃剂能有效降低EP燃烧后产生的热、烟、一氧化碳、二氧化碳等。而生物基阻燃剂的使用既能够增加EP的防火性能,又能增加自然界中生物材料的使用效率,符合可持续发展的需要。本文制备了四种EP复合材料:(1)将橘皮粉末(OP)作为膨胀型阻燃剂(IFR)中的碳源添加到EP中制备了EP/IFR(OP)复合材料;(2)将制备的海藻酸钠包覆橘皮炭和三聚氰胺微胶囊制备的阻燃剂(SA@(MA/OPC))添加到EP中制备了EP/SA@(MA/OPC)复合材料;(3)将酒石酸、尿素和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)合成的生物基阻燃剂TUDP添加到EP中制备了EP/TUDP复合材料;(4)将酒石酸、尿素和DOPO合成的生物基阻燃剂TUDP,与IFR共同使用添加到EP中制备了EP/IFR/TUDP复合材料。通过使用LOI测试、热重(TG)分析仪、垂直燃烧(UL-94)测试、锥形量热仪测试、力学测试等方法研究了这四种EP复合材料的燃烧特性和力学性能,使用扫描电子显微镜(SEM)对其燃烧后的残炭结构进行了表征,使用扫描电子显微镜-X射线能谱分析(SEMEDX)对燃烧后的EP复合材料的残炭表面进行元素分析,对残炭表面的C、O、N、P元素的分布进行了表征。主要研究成果如下:(1)将橘皮粉末、聚磷酸铵、三聚氰胺添加到EP中制备了EP/IFR(OP)防火涂层。研究结果表明,相较于Pure EP,加入橘皮的EP/IFR(OP)极限氧指数均有提高,且UL-94测试均达到V-0等级。EP/IFR(OP4)相较于无阻燃剂添加的Pure EP的峰值热释放速率(PHRR)降低了84.4%;EP/IFR(OP1)的总产烟量(TSP)相对于无任何添加的Pure EP降低了55.8%。SEM测试结果表明,以OP作为碳源的EP复合材料在燃烧时能更好的成炭。这种类型的炭层在样品燃烧过程中通过炭层一层一层的隔离使热量更不容易传播到基体中,有效地隔绝了热源。(2)将制备的海藻酸钠包覆橘皮炭和三聚氰胺微胶囊制备的阻燃剂(SA@(MA/OPC))添加到EP中制备了EP/SA@(MA/OPC)防火涂层。测试结果表明,EP/SA@(MA/OPC)3复合材料初始的热分解速度较EP/(SA/MA/OPC)小的多,EP/SA@(MA/OPC)3和EP/SA@(MA/OPC)4的LOI相较于Pure EP分别增加6.5%和5.5%,均达到了UL-94 V-0等级,无熔滴滴落。锥形量热仪测试结果表明,EP/SA@(MA/OPC)3和EP/SA@(MA/OPC)5的PHRR分别较Pure EP降低了74.2%和73.2%,并且EP/SA@(MA/OPC)3的TSP降低了24.7%,展现了很好的火安全性能。(3)将酒石酸、尿素、DOPO合成的生物基阻燃剂TUDP添加到EP中制备EP/TUDP防火涂层。测试结果表明,其中EP/TUDP13与EP/TUDP21的LOI相较于Pure EP分别增加了1.5%和4.5%。EP/TUDP21不仅LOI增加了1.5%,而且UL-94达到了V-2等级。在锥形量热仪测试中,EP/TUDP13的PHRR降低了57.9%,EP/TUDP1的THR降低了43.5%。表明TUDP可以有效改善EP的阻燃性能。(4)将酒石酸、尿素、DOPO合成的生物基阻燃剂TUDP与IFR共同使用添加到EP中制备了EP/IFR/TUDP复合材料。LOI和UL-94的测试结果表明,Pure EP的极限氧指数最低为20.0%,添加了TUDP的EP复合材料中EP/IFR/TUDP1.3的极限氧指数值最高为25.5%。EP/IFR/TUDP均达到了V-0等级且无滴落。锥形量热仪燃烧测试结果表明,EP/IFR/TUDP0.7、EP/IFR/TUDP1.3、EP/IFR/TUDP2.6和EP/IFR/TUDP4.0相较于Pure EP的PHRR和THR值均显著降低。说明TUDP与IFR的协效作用可以显著提高EP的阻燃性能。

关键词：生物基阻燃剂协同效应燃烧环氧树脂

基于植酸—羧甲基壳聚糖的生物基阻燃织物的研发

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基于植酸—羧甲基壳聚糖的生物基阻燃织物的研发

作者：刘冰苏州大学

学位级别：硕士

生物基阻燃剂相比传统阻燃剂,具有绿色环保的优点,逐渐受到阻燃界的广泛关注。本文使用两种生物基材料——植酸(PA)和羧甲基壳聚糖(CMCS),合成阻燃效果好且对环境无污染的羧甲基壳聚糖磷酸酯(PA-CMCS),采用静电纺丝法制备PA-CMCS/PVA纳... 详细信息

生物基阻燃剂相比传统阻燃剂,具有绿色环保的优点,逐渐受到阻燃界的广泛关注。本文使用两种生物基材料——植酸(PA)和羧甲基壳聚糖(CMCS),合成阻燃效果好且对环境无污染的羧甲基壳聚糖磷酸酯(PA-CMCS),采用静电纺丝法制备PA-CMCS/PVA纳米纤维膜织物、涂层法制备PA-CMCS/涤纶织物,研究其阻燃性能。主要内容如下:(1)PA-CMCS的合成及性能表征:使用PA和CMCS,通过酯化反应合成了PA-CMCS,研究其阻燃性能。结果表明:PA-CMCS的极限氧指数(LOI)为35.7%、总热释放量(THR)为9.6kJ·g-1、放热指数(FGI)为0.12W·(g·s)-1、残炭率为45%;燃烧后表面形成了膨胀炭层,隔绝了氧气,表明PA-CMCS具有优异的阻燃效果。(2)PA-CMCS/PVA纳米纤维膜的制备及性能表征:将PA-CMCS配成16wt%的水溶液,与聚乙烯醇(PVA)按一定比例混合进行静电纺丝,研制PA-CMCS/PVA纳米纤维膜织物,研究其形貌与阻燃性能。结果表明:当PA-CMCS:PVA=6:4时,纤维粗细均匀、黏连少,LOI为29.8%、THR为8.2kJ·g-1、FGI为0.22W·(g·s)-1、残炭率为31.2%,可遏制火源的蔓延、阻断火灾的扩散,说明PA-CMCS/PVA纳米纤维膜具有较好的阻燃功能。(3)PA-CMCS/涤纶织物的制备及性能表征:通过浸渍-烘干的方法对涤纶织物进行整理,制备三种增重率的PA-CMCS涤纶织物,研究其形貌与阻燃性能。结果表明:PA-CMCS涤纶织物表面形成了一层平整的PA-CMCS膜,当增重率为45%时,LOI为31.3%且燃烧过程无熔滴产生,THR为10.4kJ·g-1、FGI为0.34 W·(g·s)-1、残炭率为25%。说明PA-CMCS涤纶织物达到了难燃织物的标准,具有优良的阻燃抗熔滴效果,在防护服、帐篷、仓库油布等场合具有良好的应用前景。

关键词：生物基阻燃剂植酸羧甲基壳聚糖磷酸酯纳米纤维膜阻燃涤纶织物