青海盐湖所制备出具有良好透光性能的环氧树脂阻燃复合材料

环氧树脂(EP)是一种重要的热固性材料,因其优异的耐化学腐蚀性和稳定性,良好的光学透过率和附着力被广泛应用于胶粘剂、涂料和先进纳米复合材料等领域。然而,EP具有高易燃性和低分解温度等特性,使得其在燃烧过程中会产生大量的CO、CO2和有毒烟雾,严重限制了EP的应用领域。为了提高EP的阻燃性能,扩大其应用领域,向其添加高效的阻燃剂,已成为提高EP基体阻燃性能的重要方向之一。近年来,绿色环保的无卤阻燃剂被证明可显著提高聚合物基体的火安全性能,具有发烟量小、无有毒有害气体产生等特点,越来越受到阻燃剂领域的关注。


但在提高火安全性能的同时,绿色无卤阻燃剂的添加会严重降低EP的透明性,限制了EP在某些特殊领域的应用,例如太阳能路面、发光二极管、多用途涂料等。因此,在提高EP火安全性能的同时,仍可保持其透明性的绿色无卤阻燃材料研究是本领域的难点和研究热点。不同尺寸的纳米材料被证明具有显著提高聚合物阻燃性能的作用,碱式硼酸镁(MBH)作为一种具有吸引力的新型无卤阻燃剂,因其低成本、环境友好和优异的综合性能,在阻燃领域具有应用和研究价值。


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图1 EP和EP/MBH复合材料的(a)照片和(b)光学透过率曲线


为了有效提高EP的热稳定性和火安全性,保持高的光学透过率,青海盐湖所刘志启研究员团队制备了MBH,并通过高温固化法,将1 wt% ~ 10 wt% 的MBH添加至环氧树脂制备了EP/MBH复合材料。结果表明,由于MBH与EP的折射率相近,MBH添加量10 wt%时复合材料在800 ~ 400 nm波长范围内光学透过率依然大于70%。添加MBH使得EP/MBH复合材料的残碳量提高,且达到难燃级别。相对于EP,EP/MBH材料的阻燃参数有明显的下降,EP/5MBH复合材料最为突出,其热释放速率峰值(pHRR)、烟释放速率峰值(pSPR)、CO释放速率峰值(pCOP)、CO2释放速率峰值(pCO2P)以及火 灾蔓延指数(FIGRA)降低30% ~ 50%。阻燃剂机理研究表明,MBH阻燃EP为固相阻燃机理,MBH在阻燃过程中分解成为硼酸镁,起到凝聚相阻燃的作用,阻止了热量与可燃气体的蔓延。详情请见《盐湖研究》2019年第4期——盐湖化工专刊“研究亮点”:1-8页。


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图2 EP和EP/MBH复合材料的燃烧参数:(a)HRR,(b)SPR,(c)COP,(d)CO2P


关键字:环氧树脂
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