一種用于高性能尼龍HTN的Al-P復(fù)合材料阻燃劑

　　多年來，關(guān)于高性能阻燃工程塑料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用一直受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。四川大學(xué)陳力教授課題組通過異丁基苯基次膦酸（Bu-PPiA）與勃姆石（BM）經(jīng)水溶液中類似懸浮液的反應(yīng)，制備了一種新型的具有獨(dú)特核殼結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無機(jī)雜化材料（BM@Al-BuPPi）。核相為由BM和異丁基苯基次膦酸（Bu-PPiA）反應(yīng)產(chǎn)生的Bu-PPiA自聚體，殼相為殘余BM粒子。

　　研究測(cè)試結(jié)果表明Al-BuPPi自聚集微米棒狀核層結(jié)構(gòu)成分可有效提高了復(fù)合材料的阻燃效率。將其用于HTN樹脂，UL-94燃燒測(cè)試顯示復(fù)合材料阻燃達(dá)到V-0級(jí)別，極限氧指數(shù)（LOI）達(dá)到了42.5％。此外，由于殼層BM納米顆粒可增加雜化體的表面極性和潤(rùn)濕性，從而有效改善了雜化體與半芳族聚酰胺基體之間的相容性。最后，錐形量熱結(jié)果表明，該混合物同時(shí)具有有機(jī)亞膦酸酯和無機(jī)勃姆石的阻燃和抑煙性的雙重優(yōu)點(diǎn)。

　　研究者首先將HTN樹脂烘干干燥除去水分，按表1配比熔融共混制備復(fù)合材料。研究者采用FTIR、CPMAS、XRD、XPS、SEM技術(shù)等對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，以探究材料的微觀形貌。

　　采用TGA技術(shù)對(duì)復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能進(jìn)行分析，結(jié)果表明純BM為一步分解，而Al-BuPPi的引入使復(fù)合材料經(jīng)歷兩步分解過程，Al-BuPPi的初始分解溫度T5％在N2和空氣中分為370℃和347℃；BM@Al-BuPPi，T5％在N2中為404℃，在空氣中為395℃。表明BM@Al-BuPPi具有更高的熱穩(wěn)定性。這可能是熱穩(wěn)定無機(jī)BM殼相起到熱和降解產(chǎn)物的屏障作用。

　　采用垂直燃燒測(cè)試（UL-94V）和極限氧指數(shù)（LOI）對(duì)材料的可燃性進(jìn)行研究，結(jié)構(gòu)表明Al-BuPPi和BM@Al-BuPPi對(duì)HTN樹脂均表現(xiàn)出較高的阻燃效率高，其引入均使HTN抗滴落性得以改善。UL-94測(cè)試可由V-2級(jí)別提升至V-0級(jí)別，LOI值分別從23.5％分別提升至35.8％和35.0％，表明了Al-BuPPi和BM@Al-BuPPi較高的阻燃性。采用CONE測(cè)試對(duì)材料的燃燒行為進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明引入BM，Al-BuPPi和BM@Al-BuPPi可使HTN的PHRR值分別由689kW/m2分別降至486kW/m2,283kW/m2和295kW/m2,THR也均有較大程度降低；且BM@Al-BuPPi共用時(shí)HTN材料的綜合燃燒性能提升最為明顯。

　　在本期研究中，研究者利用BM的極性表面和聚酰胺分子鏈之間的強(qiáng)相互作用，制備BM@Al-BuPPi材料，充分發(fā)揮BM納米粒子在HTN樹脂良好的相容性。BM@Al-BuPPi雜化材料在阻燃HTN樹脂中表現(xiàn)出良好的阻燃效果，極限氧指數(shù)明顯提高，UL-94測(cè)試結(jié)果顯示阻燃等級(jí)達(dá)到V0級(jí)。

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