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【好文】壳聚糖基阻燃剂制备及其在防火涂层中应用

2019-01-17 11:37 142

《精细化工》,2018(11):1968-1973.

壳聚糖基阻燃剂制备及其在防火涂层中应用

王  娜,王树伟,滕海伟,王  升,方庆红

摘要:以生物材料壳聚糖(CTS)、季戊四醇磷酸酯(PEPA)、二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)为原料,制备壳聚糖基膨胀型阻燃剂(PMC)。并通过FTIR、XRD、TG对阻燃剂的结构及热性能进行了表征;以不同阻燃剂对水性环氧树脂涂层进行阻燃化改性,制备了3种阻燃涂层EP1、EP2和EP3,并将阻燃涂层用做钢结构的防护涂层。用TG、极限氧指数(LOI)、UL-94、SEM对样品的热性能及阻燃性能进行了表征,用附着力实验仪测试了涂层的附着力。结果表明:当PMC质量分数为10%时,EP3可通过UL-94 V-0测试;相比纯EP涂层,500 ℃时,EP3残炭量提高47%,LOI可达25.5%。附着力测试结果表明,PMC的添加不会降低涂层的附着力。

结论

(1)采用FTIR、XRD、TG对PMC进行了表征,证明PMC已经成功合成;

(2)采用TG对阻燃涂层的热性能及成炭性能进行了表征,阻燃涂层分解温度与纯EP涂层相比稍有降低,但500 ℃与800 ℃残炭量明显高于纯EP涂层,展示出良好的热稳定性;

(3)PMC质量分数为5%时,EP2的LOI比EP1的高,体现了三源协效的阻燃作用。当PMC质量分数达到10%时,EP3的LOI达到了25.5%,比纯EP提高了30.8%,并可通过UL-94 V-0测试;

(4)通过SEM和LOI数码照片可看出,添加PMC的阻燃涂层表面可形成致密的膨胀炭层,膨胀型阻燃剂带有炭源、酸源、气源,阻燃剂在受热分解后,三源协效阻止高分子材料继续燃烧,起到较好阻燃作用;

(5)通过附着力测试涂层基本性能,质量分数10%PMC阻燃剂的加入不会降低涂层的附着力。

生物基材料有着来源广泛、价格低廉的特点,而且可自然循环、绿色环保,以生物基材料为炭源的膨胀型阻燃剂符合阻燃剂绿色、环保战略的发展要求,具有很好的应用价值和社会效益。本实验室接下来将进一步设计以壳聚糖、环糊精为基体的生物基膨胀型阻燃剂大分子,并进行深入研究,提高阻燃效率。

LOI残炭照片

附着力测试

课题组简介

沈阳化工大学中西高等材料研究院,团队负责人王娜教授。王娜教授曾先后获得辽宁省特聘教授、辽宁省百千万人才工程百人层次、沈阳市第一批领军人才、第十届辽宁青年科技奖、辽宁省自然科学学术成果一等奖等荣誉。其团队研究方向主要集中在环保高效高分子阻燃剂的开发与利用,环保功能性涂料等方向。具体包括:环境友好建筑用钢结构防腐防火一体化涂料的制备;以新一代石墨烯为代表的功能化纳米阻燃剂;新型生物基环保阻燃水溶性涂料等。团队现有教师10人,其中教授7人,博士生导师6人。目前在读研究生53人。

近年来,课题组承担国家自然科学基金、省自然基金、省外专项目、省优秀人才项目、市科技局项目等纵横向课题60余项,授权专利40余项,其中转让专利20项,发表论文50余篇,其中SCI、EI收录40余篇。课题组带头人现任RSC,Progress in Organic Coatings,J Therm Anal Calorim,复合材料学报,精细化工等杂志特约评委;中国腐蚀与防护协会常务理事。

课题组曾获辽宁省、市级自然科学学术奖6项;获得沈阳市2014年专利奖三等奖。先后对沈阳德恒机械制造有限公司、中国科学院金属研究所、松下蓄电池(沈阳)有限公司、沈阳顺风新城建筑材料有限公司、特变电工沈阳变压器有限公司、中国科学院生态环境研究中心、沈阳顺风实业集团有限公司、沈阳万合胶业股份有限公司等多个企业进行技术服务,取得了明显的经济效益和社会效益。

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