新型三嗪类成炭剂的合成及其在膨胀型阻燃聚丙烯中的应用

图1 944-by的结构图图2 Compound 1，M2-CFA，M4-CFA和M6-CFA的合成路线图图3 Compound 1和CFA的（a）TGA和（b） DTG曲线图4 PP及其复合材料的（a）TGA和（b） DTG曲线图5（a）PP1，（b）PP2，（c）PP3和（4）PP4炭层的SEM图片

聚丙烯（PP）由于优良的综合性能而被广泛应用，缺点是其易燃性，传统上，金属氢氧化物因较高的添加量影响材料加工与力学性能，传统卤化阻燃剂效率高但存在环境问题。膨胀型阻燃剂（IFR）因无卤素，毒性低，产烟量少，阻燃效率高等优点而广泛应用于易燃聚合物的阻燃领域。

天津大学陈立功教授和李阳副教授针对传统IFR体系中季戊四醇（PER）吸水性、易迁移等缺点，以三聚氰胺和亚烷基二胺为原料，水为唯一溶剂（环保安全）共聚合成三种新型三嗪型成炭发泡剂（M2-CFA，M4-CFA和M6-CFA）。并制备环状产物944-by，分别将它们对聚丙烯材料进行阻燃研究，并探究分析CFA对PP复合材料的阻燃性能的影响。

研究者对CFA等合成物的热稳定性进行分析，结果表明，M4-CFA表现出最高的热稳定性，其次是M2-CFA和M6-CFA，而 944-by热稳定性最差。M4-CFA的最大质量损失速率远低于其它样品，700℃时残炭率可到26.8％，远高于其它样品，显示出良好的成炭能力。

将CFA等合成物分别熔融共混，添加到PP制备复合材料，并对复合材料热稳定性研究分析，结果表明PP-3（添加M4-CFA）热稳定性最好，25%添加量的条件下残碳量可达21.23%。

随后研究者对复合材料的燃烧性能进行评估：将APP与CFA按质量比2：1制备M4-CFA复配添加制备PP3，显示出最好的阻燃效果。LOI可达到35.5％，UL-94测试达到V-0级别。 PP3的良好的阻燃性能可归因于M4-CFA的高热稳定性和良好的成炭效果，易形成膨胀碳层。此外，PP2和PP4也显示较好的阻燃性，但不如PP3，PP2和PP4的LOI分别为31.9%和34.3％，UL-94测评等级均是V-0级别。

最后，研究者利用XRD，拉曼光谱和扫描电 子显微镜等对复合材料燃烧后的残炭形貌、微观结构等进行分析，从而对阻燃机理进行揭示。

M4-CFA等燃烧后易形成致密厚实的炭层，此外，对炭层的成分分析发现，PP3在燃烧过程中可形成含有P-O-C和P-N键的高石墨化程度的芳香族炭层。综上所述表明，PP2，PP3和PP4阻燃性能的部分差异在于不同烷基链长的二胺类CFA，表明不同烷基链长的CFAs对PP复合材料阻燃性能有较大影响。

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