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离子液体阻燃研究进展
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日期:2024-04-20

为了延长环氧预聚物的罐装寿命,同时赋予环氧树脂的阻燃性能。Xu等研究了含磷咪唑和1-甲基咪唑对于环氧预聚物的延迟固化效应和阻燃性能影响。研究表明,咪唑环通过1:1和 1:2加成反应,将咪唑环连接在高分子主链。同时通过质子转移使部分含磷基团也参与了环氧开环反应。最后,含磷基团与高分子链通过离子键和共价键相连,形成本征阻燃聚合物。燃烧测试表明,当添加阻燃固化剂含量为15wt%时,聚合物材料展现出V-0级别的自熄性能。


许多研究关注了离子液体对环氧树脂阻燃性能的影响。Wu 等以磷酸酯修饰咪唑为阳离子,分别以Br和磷钼酸为阴离子,研究了含磷离子液体对环氧树脂的影响。结果表明,4wt%的含卤离子液体使复合材料通过V-0等级,同时复合材料的拉伸断裂强度随离子液体含量增加而提高;以磷钼酸盐为阴离子的离子液体则需要添加6wt%才能使阻燃效果更加明显(V-0等级)。


Sonnier 等季磷-亚磷酸酯离子液体为固化阻燃剂制备环氧树脂复合材料。该离子液体能直接硬化环氧预聚物,同时扮演明显的凝聚相阻燃效力,提高材料燃烧过程中形成的炭层致密程度和膨胀高度。


Wang等通过季铵化反应制备了以DOPO (9,10-二氢-9-氧杂-1O-磷杂菲-1O-氧化物)修饰咪唑为阳离子,对甲苯磺酸为阴离子的离子液体。DMA研究结果表明,加入离子液体的环氧复合材料具有更高的交联密度。但是这种交联结果并没有过多影响环氧复合材料的机械性能和透光性能。由于含磷基团与环氧分子链的相互作用,使得环氧复合材料的阻燃性能在4wt%添加含量时通过UL-94测试V-0等级,极限氧指数达到32%,热释放速率和烟气释放速率明显降低。


磺酸酯熔盐对于阻燃聚碳酸酯(PC)具有明显地提升效果。Jiang 等首先合成了一种阳离子为有机硅修饰的三苯基膦为阳离子,磷酸酯为阴离子的熔盐。当添加含量为5phr时,PC复合材料达到V-0级别,LOI提升了2.9%。当阴离子为磺酸盐时,PC复合材料在5phr的添加量下达到V-0级别,LOI提升了7.7%。此外,他们还对比了阴离子为磷酸酯和磺酸盐对提升PC阻燃性能的效果。结果表明,磺酸盐对于提升PC的阻燃能力更为有效。


Jiao和合作者Chen研究了咪唑六氟磷酸盐离子液体对热塑性聚氨酯(TPU)火灾安全性的影响。结果表明,1-乙基-3甲基咪唑六氟磷酸盐在添加含量为2wt%时,TPU的峰值热释放速率降低了72.6%,烟气释放速率峰值从纯树脂的0.080m2/s下降到0.034m2/s。当离子液体中咪唑碳原子数相同时,氨基离子液体表现出更加优异的阻燃性能。这是由于氨基离子液体促使TPU基体热降解,促使保护性炭层更早生成,从而减缓了燃烧速率。


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截图来源:中国知网


此外,聚离子液体的开发与在阻燃领域的应用也得到了关注。Li等人合成了一种含磷聚离子液体凝胶PDVE[DEP]。发现PDVE[DEP]明显提高了聚乳酸的抗熔滴性能。在添加量为 lwt%,聚乳酸复合材料通过了UL-94 V-0等级,同时极限氧指数从20.4%提高至25.6%。


膨胀阻燃体系中的应用:Li等制备了一系列以含氧杂多酸为阴离子的咪唑盐,考察了离子液体与膨胀体系(聚磷酸铵和季戊四醇)的协同阻燃效应。结果表明,当阻燃剂总含量为15wt%,其中离子液体仅为0.5wt%时,聚丙烯复合材料达到V-0等级。这归因于燃烧过程中离子液体对成炭过程的催化作用,促使保护性炭层快速生成,因而复合材料表现出自熄行为。


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