聚丙烯（PP）作為一種常用的塑料，因其優(yōu)異的加工性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性和低價(jià)而廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。不幸的是，PP防火性能差，易燃燒，熔滴嚴(yán)重（熔滴可能導(dǎo)致火焰蔓延），使PP難以直接應(yīng)用于需要高阻燃等級(jí)的領(lǐng)域。為了克服PP的易燃性，人們非常關(guān)注環(huán)境友好的膨脹阻燃劑（IFR）。經(jīng)典的IFR系統(tǒng)涉及三個(gè)要素：酸源（如聚磷酸銨（APP）、碳源（如（PER）和氣源（如三聚氰胺（MEL）。然而，小分子MEL和PER很容易遷移到聚合物材料表面并顯示吸水性和吸濕性。此外，應(yīng)使PP復(fù)合材料足以達(dá)到垂直燃燒測(cè)試（UL-94）的VIFR負(fù)載效率低于25w/PER系統(tǒng)。

為解決工大學(xué)火安全材料研究中心在線三嗪基炭化劑側(cè)鏈上設(shè)計(jì)全材料研究中心在線三嗪基碳化劑側(cè)鏈劑PER的各種缺點(diǎn)，制備了一種碳化能力優(yōu)異的碳化劑TTPC（圖1），采用硼酸鋅作為阻燃劑協(xié)作劑，并與聚磷酸銨（APP）一起為聚丙烯復(fù)合材料建立了很好的膨脹阻燃系統(tǒng)。

純PP容易燃燒，LOI只有18%。當(dāng)只添加21%的APP-TPC-硼酸鋅系統(tǒng)時(shí)，PP復(fù)合材料可以獲得29.6%這樣的高LOI值，不會(huì)滴落并通過(guò)UL-94的V-0評(píng)級(jí)。相比之下，傳統(tǒng)的IFR系統(tǒng)阻燃效率相對(duì)較差，21%的APP-PER-ZB系統(tǒng)效果很差。UL-94沒(méi)有等級(jí)，LOI也不是很高。

圖4.PP復(fù)合材料錐形量熱測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖5.錐形量熱試驗(yàn)后PP復(fù)合材料的數(shù)碼照片和殘?zhí)茧婄R圖像。

在錐形量熱測(cè)試中，APP-TTPC-硼酸鋅的組合再次顯示出良好的防火性能無(wú)論是熱釋放還是殘余碳量，都明顯改善了APP-TPC和APP-PER-ZB。在錐形量熱測(cè)試殘余樣品和殘余碳的電鏡圖像中，PP-21%APP-TPC-ZB樣品膨脹碳層的質(zhì)量得到了很好的證實(shí)。

圖6.PP-21%APP-TTPC-硼酸鋅復(fù)合材料可能的阻燃機(jī)理。

通過(guò)熱分析(TG)對(duì)APP-TPC-硼酸鋅系統(tǒng)的碳化行為進(jìn)行了一系列探索?？赡艿淖枞紮C(jī)制如下:

1.APP和硼酸鋅在300°C左右分解，釋放水蒸氣和氨。硼酸鋅的熱解產(chǎn)品Zno與APP釋放氨后獲得的多聚磷酸配位形成一種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，緊緊覆蓋PP基體表面，允許多聚磷酸與TTPC發(fā)生酯化反應(yīng)，提供更多的反應(yīng)位置。

2.三嗪環(huán)與噻嗪的分解產(chǎn)物通過(guò)共軛層層堆疊而組裝拼接，形成炭層。

3.當(dāng)燃燒時(shí)，PP的主鏈將解聚為多種自由基。一些自由基可以進(jìn)一步與多聚磷酸反應(yīng)。在較高的溫度下，PP的主鏈將進(jìn)一步分解為C=C的小分子烯烴片段。短鏈不飽和烯烴可通過(guò)重排參與交聯(lián)碳化過(guò)程。

4.含硼玻璃焦炭層起到物理屏障的作用，可防止火焰區(qū)揮發(fā)性物質(zhì)和易燃?xì)怏w的交換。并隔離未燃燒的PP基體與火焰區(qū)之間的熱傳遞。