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聚乳酸无卤阻燃研究现状进展

时间:2025-02-23 10:15来源:99429
在聚乳酸基体中单独添加某一类阻燃剂对其进行阻燃改性,已经不能满足人们对聚乳酸应用的要求。协效阻燃剂的深入研究使得聚乳酸的应用前景更加明朗

PLA具有许多优良的物理化学性质,且制备原料易得、可再生,产物对环境无毒无害,符合近年来倡导的绿色化学的主题,被广泛的应用于各行各业。但是聚乳酸的阻燃性能较差,存在潜在的安全隐患,这大大阻碍了它在某些领域的应用。PLA未能通过UL-94等级测试,极限氧指数(LOI)仅为21%,燃烧时形成碳化层很薄,几乎不可见,燃烧后形成大量的熔滴并滴下引燃脱脂棉[14]。为了克服该缺陷,将其用于解决我们环境和资源问题的一种材料,PLA阻燃研究已经成为当下的一个热点话题,吸引着越来越多研究者的目光。目前,主要通过添加各种类型的阻燃剂来对PLA进行阻燃改性,常用的阻燃剂体系有卤系、磷系、氮系、硅系、金属化合物以及协效阻燃剂[15]。虽然关于聚乳酸阻燃的文献报道很多,但是不同的文献都指出聚乳酸在阻燃改性中面临着高成本和原有优良性能下降等问题。所以,目前PLA的阻燃改性的研究正沿着低成本、高效能方向前进。

1、卤系阻燃聚乳酸

卤系阻燃剂是指含有卤素元素并以卤素元素起阻燃作用的一类阻燃剂[16]。李亚滨[17]在PLA纤维中添加4种不同的含溴卤系阻燃剂,在添加量适当时均可以取得较好的阻燃效果。目前,已经很少有人在用卤系阻燃改性聚乳酸,研究者正在努力寻找高效、无毒无害的阻燃剂。在真实的火灾环境中,燃烧产生的卤化氢气体确实可以起到稀释氧气从而减缓或阻止燃烧的作用,但是这些气体会对生物体的生命安全造成巨大的威胁。

2、磷系阻燃聚乳酸

磷系阻燃剂可以分为无机类和有机类,前者主要包括红磷和磷酸盐,后者主要有磷酸酯等有机物[18]。在PLA中添加磷系阻燃剂的优点是低烟、无毒、低卤;缺点是成本大、阻燃温度高。LiShumao等[19]使用聚磷酸铵(APP)来改善苎麻纤维,并将其加入到PLA材料中制备成复合材料,从该材料的热重分析曲线可以看到,APP可以有效的提高PLA复合材料燃烧的成炭量,有效的阻碍氧气与可燃物的接触热而提高材料的阻燃性能。古曲等[20]采用溶液共混的方法,以APP和磷酸三苯酯(TPP)为阻燃剂,对其进行阻燃性能研究。阻燃测试结果表明阻燃剂的剂量小时APP对PLA的阻燃效果好,反之TPP效果更佳。

3、氮系阻燃聚乳酸

氮系阻燃剂指含有氮的无机物或有机物,常见的氮系阻燃剂有三聚氰胺、双氰胺、胍盐及它们的衍生物,它们的优点是毒性和腐蚀性小、与材料中的光稳定剂无冲突、热分解温度高以及对环境友好[21],缺点是其阻燃效率较低,对材料的某些物理性能有一定的影响。因为氮系阻燃剂单独应用于阻燃时效率较低,所以很少研究者将其单独应用于PLA的阻燃,更多的是将氮系阻燃剂与磷系阻燃剂复合后应用于PLA的阻燃。ZhanJing等[22]将氮系阻燃剂与磷系阻燃剂复合,制备得到季戊四醇二磷酸酯三聚氰胺盐(SPDPM),并将其用于PLA的阻燃研究。研究结果表明,SPDPM用量为PLA的25%时,对PLA的阻燃性能较佳,在垂直燃烧和氧指数燃烧测试中,阻燃可达UL94V–0级别,无熔滴,LOI可高达38%。

4、硅系阻燃聚乳酸

硅系阻燃剂可概括为无机和有机硅系阻燃剂,大量使用的无机硅系阻燃剂有SiO2、Clay;有机硅系阻燃剂有硅烷、硅氧烷和硅树脂等[23]。将硅系阻燃剂应用在聚乳酸的阻燃方面,其优点是火焰小、烟雾少;缺点是性价比低、与基体相容性差。陈雅君等[24]经过不同表面处理剂改性的有机层状硅酸盐(Clay)与膨胀型阻燃剂复配阻燃聚乳酸。将PLA的极限氧指数值提高了3.6个百分点,垂直燃烧提高到UL94Ⅴ-0级别,并且热释放速率降低30%,种种数据证实了该阻燃体系对PLA良好的阻燃作用。Qian等[25]在SiO2表面接枝异丙醇铝得到阻燃剂Al-SBA-15。实验证实,当将这种阻燃剂应用于PLA的阻燃时,可以获得理想的效果。PLA复合材料可以达到UL94V-0级,与纯PLA相比,热释放速率上升15%,释放烟雾量小且对聚乳酸的力学性能的影响较小。 聚乳酸无卤阻燃研究现状进展:http://www.chuibin.com/yanjiu/lunwen_205387.html

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