增强TPU复合材料阻燃性的新材料

增强TPU复合材料阻燃性的新材料

        壳聚糖（CS）利用碱性脱乙酰化从几丁质中获取，是一类有着多羟基结构的氨基多糖，使其变成一类潜在性的绿色成炭剂。TPU综合了热塑性塑料的加工能力和弹性体的物理性能，如高拉伸强度，弯曲疲劳强度等。可是，在很多情形下，可燃性和熔滴特性限定了其应用领域。TPU的首要问题是提升阻燃性和耐高温性，而且保证原来的优良特性。

科研人员利用将壳聚糖与双-（4-甲酰基苯基）-苯基膦酸酯（ABPO）交联形成了一类新型壳聚糖衍生物，并将其做为阻燃添加剂应用领域于TPU中。研究人员在配有机械搅拌器和冷凝器的反应器中，将壳聚糖（相当于0.1mol-NH2）分散化在甲醇/乙酸（体积比10:1）中。将该混合物加温至50℃并保证2小時，随后将ABPO加入反应器中，将该混合物加温至65℃并回流12小時。将获得的混合物降温并进行过滤，随后将得到滤饼用乙醇和丙酮洗涤3次，在70℃下真空干燥6小時获得产物。

利用极限氧指数（LOI），UL-94垂直燃烧和锥形量热计检测来分析TPU复合材料的可燃性。纯TPU的LOI值仅为20.8％，在UL-94检测中沒有等级。但阻燃剂的加入有所下降了TPU的可燃性，利用在TPU中加入10wt％的APP/CS，LOI值提升到26.6％（样品TPU/APP/CS），比纯TPU高过近6个单位。可是，在UL-94检测中依然沒有等级。用ACS代替CS可以进一步提升TPU复合材料的阻燃性能，TPU/APP/ACS样品的LOI值达到28.6％，UL-94结果可以通过V-2等级。当向样品中加入1wt％的OMMT时，TPU/APP/ACS/OMMT复合材料可以通过UL-94V-0等级。总而言之，在减少TPU的可燃性这方面，ACS体现出比纯CS更高一些的效率，而且OMMT可能与ACS利用协效效用增强复合材料形成炭层的致密性。

当TPU被引燃时，火苗快速蔓延到整体表面上，纯TPU的峰值HRR（PHRR）和THR值各自为1090kW/m2和100MJ/m2。TPU/APP/CS样品的PHRR减低至384kW/m2，比纯TPU低64.8％。此外，ACS取代CS可更进一步减低PHRR至310kW/m2。TPU/APP/ACS/OMMT样品的PHRR为284kW/m2，与纯TPU比起，其显着减少73.9％。在THR曲线中也可以观测到相似的结论。TPU/APP/ACS/OMMT复合材料的THR值降至66MJ/m2，与纯TPU比起减低约34％。THR的明显减低更进一步阐明了OMMT和膨胀型阻燃剂间的协同作用。功能化壳聚糖（ACS）已顺利制取交联壳聚糖与合成含磷中间体（ABPO）。掺加ABPO改进了ACS的耐热稳定性。借助加入10％阻燃剂能有效的提高TPU复合材料的阻燃性。

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