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，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，PP復(fù)合材料可以獲得29.6%這樣的高LOI值，不會滴落并通過UL-94的V-0評級。相比之下，傳統(tǒng)的IFR系統(tǒng)阻燃效率相對較差，21%的APP-PER-ZB系統(tǒng)效果很差。UL-94沒有等級，LOI也不是很高。

圖4.PP復(fù)合材料錐形量熱測試數(shù)據(jù)。

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

在錐形量熱測試中，APP-TTPC-硼酸鋅的組合再次顯示出良好的防火性能無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。

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

通過熱分析(TG)對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)物通過共軛層層堆疊而組裝拼接，形成炭層。

3.當(dāng)燃燒時，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重排參與交聯(lián)碳化過程。

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。