蔡芳昌

聚丙烯作为目前五种通用塑料之一,由于其一系列优异的性能而被广泛应用于薄膜、注塑、拉丝、纤维和管道等领域,由于其具有简单的碳链结构和非木炭特性,因此极易燃。

提高聚丙烯阻燃性能的方法有很多种,不同方法的阻燃原理不同,带来的阻燃效益也不同,我们的科研团队研究了几种较为常见的阻燃剂作用机理并将其改进,使其更加符合绿色环保要求。

近年来,膨胀型阻燃剂(IFR)因其高效、环保和低成本而受到广泛研究。作为集酸源、碳源和气源于一体的混合阻燃系统,每个部分在燃烧中都发挥着不可替代的作用。而多组分的分散、储存和材料加工更为复杂。一种单一类型的IFR应运而生,即“三个来源合二为一”。单一型IFR具有兼容性好、组分间交互更快、表面流动性低、使用储存更方便等优点。近年来,它已成为一种流行的大分子阻燃剂。

其阻燃原理离不开磷系阻燃剂,磷是一种多价元素。现在已经证明,含阻燃磷的IFR的阻燃机理通常取决于它们在阻燃剂中的氧化态。在燃烧过程中,氧化磷在气相中起着至关重要的作用,磷酸盐在冷凝相中起着重要作用。现如今IFR阻燃剂中酸源大多使用聚磷酸铵。

在当前的材料发展中,可再生和环保的生物质材料受到了越来越多的关注。它们在阻燃聚合物中也有广泛的前景和应用。

壳聚糖是一种天然多糖,可生物降解且对环境无害,来源于天然几丁质的脱乙酰化。它可以从蟹壳、虾壳、真菌和蘑菇中提取。壳聚糖分子链中的多个反应性羟基和氨基使其成为带正电荷的聚合物,具有优异的配位能力,例如壳聚糖的磷酸化。

壳聚糖富含碳,因此可以用作IFR的碳源。阻燃抗菌塑料是一种特殊功能的塑料材料,它通过添加阻燃剂和抗菌剂,既能够抑制或延滞塑料的燃烧,又能够抑制塑料表面细菌、霉菌等微生物的生长,从而保持塑料的清洁和延长其使用寿命。

这种塑料广泛应用于家电、汽车、建筑、医疗等领域,并以其多功能性和安全性,在提高产品质量、延长使用寿命和保障人类健康方面发挥着重要作用,具有广阔的应用前景和发展潜力。

此外,我们也以聚酰胺6为成碳剂,通过相同的方法将聚磷酸铵包封在三聚氰胺甲醛树脂和硅酸钠中,制备了含有微包封核壳结构阻燃剂的阻燃聚丙烯。对聚磷酸铵、三聚氰胺甲醛树脂包覆聚磷酸铵和微包覆核壳结构阻燃剂的组成进行了表征。通过极限氧指数、热重分析、垂直燃烧试验和微型燃烧量热仪,对防火安全性和热稳定性进行了研究,并表明其有所改善。还研究了燃烧的化合物,以确认燃烧机理。结果表明,阻燃性能得到了极大的提高,而聚酰胺6具有更好的炭化效果。

最后,根据可持续发展,未来将大力开发绿色环保的可再生阻燃资源,如植物汁、蛋壳和水果废料等,也能解决现有的微塑料泛滥的问题。这些资源可以作为电子皮肤,也可以催化木炭的形成或释放不可燃气体,和IFR结合有望做出更具阻燃效益的阻燃剂;具有阻燃、疏水和抗紫外线等多功能特性的棉织物是一种当代需求量比较大的高分子材料,它通过涂层,表面接枝等方法对棉织物进行改性,使其具备多种功能,并且需求日益增长。这种材料能够在多个领域发挥作用,如户外运动服、帐篷、家庭纺织品等。

作者简介:

蔡芳昌,男,博士,教授,博士生导师。出生于1979年3月,2007年1月毕业于台湾科技大学高分子工程系获博士学位,2007年7月起受聘于湖北大学材料科学与工程学院,2010年5月于台湾科技大学博士后出站,2011年获得湖北省新世纪高层次人才工程-企业研发人才,2014年10月赴高分子科学与工程系-麻省大学-阿默斯特(Polymer Science & Engineering Dept-University of Massachusetts at Amherst)担任访问学者一职(Visiting Research Associate Professor A),在国内外学术期刊上发表论文110余篇,其中80余篇被SCI、EI收录、书章节2篇和国内外会议论文50余篇,获得国家发明专利30项。主要从事高分子材料结构设计和功能调控、高分子共混与复合材料、有机-无机杂化材料、生物医用有机高分子材料研究。

来源: 聚丙